Abstract Dendritic cells (DCs) play a crucial role in promoting tolerance through priming of regulatory T cells (Treg). Several studies indicate DC tolerogenicity is dependent on catabolic metabolism. However, the role of AMP-activated Kinase (AMPK), a key energy and nutrient sensor driving catabolic metabolism, in this process is unclear. We found that human retinoic acid-induced tolerogenic CD103 + DCs (RA-DCs) display increased AMPK signaling. Interestingly, RA-DCs, but not vitamin-D3- or dexamethasone-induced tolerogenic DCs, required AMPK for Treg induction. Mechanistically, AMPK underpinned RA-driven tolerogenicity by promoting RALDH activity in a FoxO3-dependent manner. Correspondingly, mice deficient for AMPK in DCs (CD11c ΔAMPKα1 ) harbored reduced frequencies of intestinal CD103 + CD11b + DCs with impaired RALDH activity. Importantly, upon infection with parasitic worm Schistosoma mansoni , that elicits strong Th2 and Treg responses, CD11c ΔAMPKα1 mice showed a defect in Treg accumulation and concomitantly, displayed an impaired ability to control Type 2 immunity-driven granulomatous inflammation against the parasite eggs. Together, our findings identify AMPK as a key regulator of tolerance by CD103 + DCs. Summary Dendritic cells (DCs) are critical for inducing tolerance. However, how metabolic cues control their tolerogenicity is still poorly understood. Patente et al demonstrate that AMPK is crucial for Treg induction by retinoic acid-primed tolerogenic CD103 + DCs.

Abstract The mesothelium forms epithelial membranes that line the bodies cavities and surround the internal organs. Mesothelia widely contribute to organ homeostasis and regeneration, and their dysregulation can result in congenital anomalies of the viscera, ventral wall defects, and mesothelioma tumors. Nonetheless, the embryonic ontogeny and developmental regulation of mesothelium formation has remained uncharted. Here, we combine genetic lineage tracing, in toto live imaging, and single-cell transcriptomics in zebrafish to track mesothelial progenitor origins from the lateral plate mesoderm (LPM). Our single-cell analysis uncovers a post-gastrulation gene expression signature centered on hand2 that delineates distinct progenitor populations within the forming LPM. Combining gene expression analysis and imaging of transgenic reporter zebrafish embryos, we chart the origin of mesothelial progenitors to the lateral-most, hand2 -expressing LPM and confirm evolutionary conservation in mouse. Our time-lapse imaging of transgenic hand2 reporter embryos captures zebrafish mesothelium formation, documenting the coordinated cell movements that form pericardium and visceral and parietal peritoneum. We establish that the primordial germ cells migrate associated with the forming mesothelium as ventral migration boundary. Functionally, hand2 mutants fail to close the ventral mesothelium due to perturbed migration of mesothelium progenitors. Analyzing mouse and human mesothelioma tumors hypothesized to emerge from transformed mesothelium, we find de novo expression of LPM-associated transcription factors, and in particular of Hand2, indicating the re-initiation of a developmental transcriptional program in mesothelioma. Taken together, our work outlines a genetic and developmental signature of mesothelial origins centered around Hand2, contributing to our understanding of mesothelial pathologies and mesothelioma.

Cardiovascular lineages develop together with kidney, smooth muscle, and limb connective tissue progenitors from the lateral plate mesoderm (LPM). How the LPM initially emerges and how its downstream fates are molecularly interconnected remain unknown. Here, we isolated a pan-LPM enhancer in the zebrafish draculin ( drl ) gene that provides specific LPM reporter activity from early gastrulation. In toto live imaging and lineage tracing of drl -based reporters captured the dynamic LPM emergence as lineage-restricted mesendoderm field. The drl pan-LPM enhancer responds to the transcription factors EomesoderminA, FoxH1, and MixL1 that combined with Smad activity drive LPM emergence. We uncovered specific drl reporter activity in LPM-corresponding territories of several chordates including chicken, axolotl, lamprey, Ciona , and amphioxus, revealing a universal upstream LPM program. Altogether, our work provides a mechanistic framework for LPM emergence as defined progenitor field, possibly representing an ancient mesodermal cell state that predates the primordial vertebrate embryo.

The vertebrate heart develops from several progenitor lineages. After early-differentiating first heart field (FHF) progenitors form the linear heart tube, late-differentiating second heart field (SHF) progenitors extend atrium, ventricle, and form the inflow and outflow tracts (IFT/OFT). However, the position and migration of late-differentiating progenitors during heart formation remains unclear. Here, we tracked zebrafish heart development using transgenics based on the cardiopharyngeal transcription factor gene tbx1. Live-imaging uncovered a tbx1 reporter-expressing cell sheath that from anterior lateral plate mesoderm continuously disseminates towards the forming heart tube. High-speed imaging and optogenetic lineage tracing corroborated that the zebrafish ventricle forms through continuous addition from the undifferentiated progenitor sheath followed by late-phase accrual of the bulbus arteriosus (BA). FGF inhibition during sheath migration reduced ventricle size and abolished BA formation, refining the window of FGF action during OFT formation. Our findings consolidate previous end-point analyses and establish zebrafish ventricle formation as a continuous process.

Dendritic cell (DC) activation and function are underpinned by profound changes in cellular metabolism. Several studies indicate that the ability of DCs to promote tolerance is dependent on catabolic metabolism. Yet the contribution of AMP-activated kinase (AMPK), a central energy sensor promoting catabolism, to DC tolerogenicity remains unknown. Here, we show that AMPK activation renders human monocyte-derived DCs tolerogenic as evidenced by an enhanced ability to drive differentiation of regulatory T cells, a process dependent on increased RALDH activity. This is accompanied by several metabolic changes, including increased breakdown of glycerophospholipids, enhanced mitochondrial fission–dependent fatty acid oxidation, and upregulated glucose catabolism. This metabolic rewiring is functionally important as we found interference with these metabolic processes to reduce to various degrees AMPK-induced RALDH activity as well as the tolerogenic capacity of moDCs. Altogether, our findings reveal a key role for AMPK signaling in shaping DC tolerogenicity and suggest AMPK as a target to direct DC-driven tolerogenic responses in therapeutic settings.

Differential signalling of the WNT and Notch pathways regulates proliferation and differentiation of Lgr5+ crypt-based columnar cells (CBCs) into all cell lineages of the intestine. We have recently shown that high mitochondrial activity in CBCs is key in maintaining stem cell function. Interestingly, while high mitochondrial activity drives CBCs, it is reduced in the adjacent secretory Paneth cells (PCs). This observation implies that during differentiation towards PCs, CBCs undergo a metabolic rewiring involving downregulation of mitochondrial number and activity, through a hitherto unknown mechanism. Here we demonstrate, using intestinal organoids that FoxO transcription factors and Notch signalling functionally interact in determining CBC cell fate. In agreement with the organoid data, combined Foxo1 and 3 deletion in mice increases PC number in the intestine. Importantly, we show that FOXO and Notch signalling converge onto regulation of mitochondrial fission, which in turn provokes stem cell differentiation into the secretory types; Goblet cells and PCs. Finally, mapping intestinal stem cell differentiation based on pseudotime computation of scRNA-seq data further supports the role of FOXO, Notch and mitochondria in determining secretory differentiation. This shows that mitochondria is not only a discriminatory hallmark of CBCs and PCs, but that its status actively determines lineage commitment during differentiation. Together, our work describes a new signalling-metabolic axis in stem cell differentiation and highlights the importance of mitochondria in determining cell fate.

Abstract It is well known that dendritic cell (DC) activation and function are underpinned by profound changes in cellular metabolism. Several studies indicate that the ability of DCs to promote tolerance is dependent on catabolic metabolism. The AMP-activated kinase (AMPK) is a central nutrient and energy sensor whose activation promotes catabolism while inhibiting ATP-consuming anabolic pathways. Yet the contribution of AMPK activation to DC tolerogenicity remains unknown. Here, we show that AMPK activation renders human monocyte-derived DCs tolerogenic as evidenced by an enhanced ability to drive differentiation of regulatory T cells, a process dependent on increased RALDH activity. This is accompanied by a number of distinct metabolic changes, in particular increased breakdown of glycerophospholipids, enhanced mitochondrial fission-dependent fatty acid oxidation, and upregulated glucose catabolism. This metabolic rewiring is functionally important as we found interference with these metabolic processes to reduce to various degrees AMPK-induced RALDH activity as well as the tolerogenic capacity of moDCs. Altogether, our findings reveal a key role for AMPK signaling in shaping DC tolerogenicity, and suggest that AMPK may serve as new target to direct DC-driven immune responses in therapeutic settings.

Obesity-associated metaflammation drives the development of insulin resistance and type 2 diabetes, notably through modulating innate and adaptive immune cells in metabolic organs. The nutrient sensor liver kinase B1 (LKB1) has recently been shown to control cellular metabolism and T cell priming functions of dendritic cells (DCs). Here, we report that hepatic DCs from high-fat diet (HFD)-fed obese mice display increased LKB1 phosphorylation and that LKB1 deficiency in DCs (CD11cΔLKB1) worsened HFD-driven hepatic steatosis, systemic insulin resistance and glucose intolerance. Loss of LKB1 in DCs was associated with increased cellular expression of Th17-polarizing cytokines and increased hepatic CD4+ IL-17A+ Th17 cells in HFD-fed mice. Importantly, IL-17A neutralization rescued metabolic perturbations in HFD-fed CD11cΔLKB1 mice. Mechanistically, disrupted metabolic homeostasis was independent of the canonical LKB1-AMPK axis. Instead, we provide evidence for involvement of the AMPK-related salt-inducible kinase(s) in controlling Th17-polarizing cytokine expression in LKB1-deficient DCs. Altogether, our data reveal a key role for LKB1 signalling in DCs in protection against obesity-induced metabolic dysfunctions by limiting hepatic Th17 differentiation.