Abstract RNA sequencing (RNA-seq) is widely used to identify differentially expressed genes (DEGs) and reveal biological mechanisms underlying complex biological processes. RNA-seq is often performed on heterogeneous samples and the resulting DEGs do not necessarily indicate the cell types where the differential expression occurred. While single-cell RNA-seq (scRNA-seq) methods solve this problem, technical and cost constraints currently limit its widespread use. Here we present single cell Mapper (scMappR), a method that assigns cell-type specificity scores to DEGs obtained from bulk RNA-seq by integrating cell-type expression data generated by scRNA-seq and existing deconvolution methods. After benchmarking scMappR using RNA-seq data obtained from sorted blood cells, we asked if scMappR could reveal known cell-type specific changes that occur during kidney regeneration. We found that scMappR appropriately assigned DEGs to cell-types involved in kidney regeneration, including a relatively small proportion of immune cells. While scMappR can work with any user supplied scRNA-seq data, we curated scRNA-seq expression matrices for ∼100 human and mouse tissues to facilitate its use with bulk RNA-seq data alone. Overall, scMappR is a user-friendly R package that complements traditional differential expression analysis available at CRAN. Highlights scMappR integrates scRNA-seq and bulk RNA-seq to re-calibrate bulk differentially expressed genes (DEGs). scMappR correctly identified immune-cell expressed DEGs from a bulk RNA-seq analysis of mouse kidney regeneration. scMappR is deployed as a user-friendly R package available at CRAN.

Abstract Incomplete lung development, also known as pulmonary hypoplasia, is a recognized cause of neonatal death and poor outcome for survivors. To date, there is no effective treatment that promotes fetal lung growth and maturation. Herein, we describe a novel stem cell-based approach that enhances fetal lung development via the administration of extracellular vesicles (EVs) derived from amniotic fluid stem cells (AFSCs). In experimental models of pulmonary hypoplasia, administration of AFSC-EVs promoted lung branching morphogenesis and alveolarization, and stimulated pulmonary epithelial cell and fibroblast differentiation. This regenerative ability was confirmed in two models of injured human lung cells, where human AFSC-EVs obtained following good manufacturing practices restored pulmonary epithelial homeostasis. AFSC-EV beneficial effects were exerted via the release of RNA cargo, primarily miRNAs, that regulate the expression of genes involved in fetal lung development. Our findings suggest that AFSC-EVs hold regenerative ability for underdeveloped fetal lungs, demonstrating potential for therapeutic application. One Sentence Summary Fetal lung regeneration via administration of extracellular vesicles derived from amniotic fluid stem cells

ABSTRACT The pituitary gland regulates essential physiological processes such as growth, pubertal onset, stress response, metabolism, reproduction, and lactation. While sex biases in these functions and hormone production have been described, the underlying identity, temporal deployment, and cell-type specificity of sex-biased pituitary gene regulatory networks are not fully understood. To capture sex differences in pituitary gene regulation dynamics during postnatal development, we performed 3’ untranslated region sequencing and small RNA sequencing to ascertain gene and microRNA expression respectively across five postnatal ages (postnatal days 12, 22, 27, 32, 37) that span the pubertal transition in female and male C57BL/6J mouse pituitaries (n=5-6 biological replicates for each sex at each age). We observed over 900 instances of sex-biased gene expression and 17 sex-biased microRNAs, with the majority of sex differences occurring with puberty. Using miRNA-gene target interaction databases, we identified 18 sex-biased genes that were putative targets of 5 sex-biased microRNAs. In addition, by combining our bulk RNA-seq with publicly available male and female mouse pituitary single-nuclei RNA-seq data, we obtained evidence that cell-type proportion sex differences exist prior to puberty and persist post-puberty for three major hormone-producing cell types: somatotropes, lactotropes, and gonadotropes. Finally, we predicted sex-biased genes in these three pituitary cell types after accounting for cell-type proportion differences between sexes. Our study reveals the identity and postnatal developmental trajectory of sex-biased gene expression in the mouse pituitary. This work also highlights the importance of considering sex biases in cell-type composition when understanding sex differences in the processes regulated by the pituitary gland. Highlights Male and female mouse pituitary gland gene and miRNA expression was profiled across five postnatal ages spanning pubertal development Abundant sex differences in pituitary gene expression exist prior to puberty and become more prominent upon puberty Combining expression data from genes and miRNAs revealed 18 putative sex-biased gene targets of 5 sex-biased miRNAs Sex differences in the proportions of somatotropes, lactotropes, and gonadotropes are predicted to occur prior to puberty

Abstract Although the hypothalamus plays a critical role in the regulation of puberty, more research is needed to identify the gene regulatory networks that control pubertal timing. Here, we investigate the age-, sex- and cell-type-specific gene regulation in the hypothalamus across the pubertal transition. We used RNA-seq to profile hypothalamic gene expression in male and female mice at five time points spanning the onset of puberty (postnatal days (PD) 12, 22, 27, 32, and 37). By combining this data with hypothalamic scRNA-seq data of pre- and post-pubertal mice, we were able to assign gene expression changes to their cell types of origin. In our colony, pubertal onset occurs earlier in male mice allowing us to focus on genes whose expression is dynamic across ages and offset between sexes and to explore bases of sex effects. Our age-by- sex pattern of expression enriched for biological pathways involved hormone production, neuronal activation, and glial maturation. Additionally, we found a dramatic expansion of oligodendrocytes precursor cells into mature oligodendrocytes spanning the pre-pubertal (PD12) to peri-pubertal (PD27) timepoints, and that genes driving this expansion enrich for genes involved in pubertal regulation. Together, by incorporating multiple biological timepoints with male and female mice simultaneously, our work furthers the understanding of gene and cell-type changes that accompany the development of secondary sex characteristics in both sexes.

Abstract Congenital diaphragmatic hernia (CDH) is a devastating condition characterized by incomplete closure of the diaphragm and herniation of abdominal organs into the chest. As a result, fetuses have pulmonary hypoplasia, whose severity is the main determinant of poor outcome. The pathogenesis of pulmonary hypoplasia secondary to CDH is at least in part explained by lack or dysregulation of miRNAs that are known to regulate lung developmental processes. Herein, we report that intra-amniotic administration of extracellular vesicles derived from amniotic fluid stem cells (AFSC-EVs) rescues lung growth and maturation in a fetal rat model of CDH. To understand which fetal lung cells and biological pathways are affected by AFSC-EVs, we conducted whole lung single nucleus RNA-sequencing. We discovered that CDH lungs have a multilineage inflammatory signature with macrophage enrichment, and confirmed these findings in autopsy samples of lungs from human fetuses with CDH. Transcriptomic analysis of CDH fetal rat lungs also showed that AFSC-EV treatment reduced macrophage density and inflammation to normal levels. Analyzing the miRNAs contained in the AFSC-EV cargo with validated mRNA targets, we found that the downregulated genes in AFSC-EV treated CDH lungs were involved in inflammatory response and immune system processes. This study reports a single cell atlas of normal and hypoplastic CDH fetal rat lungs and provides evidence that AFSC-EVs restore lung development by addressing multiple pathophysiological aspects of CDH. One Sentence Summary Amniotic fluid stem cell extracellular vesicle treatment for fetal lung macrophage modulation