The aorta-gonad-mesonephros region plays an important role in hematopoietic stem cell (HSC) development during mouse embryogenesis. The vascular endothelial cadherin⁺ CD45⁺ (VE-cad⁺CD45⁺) population contains the major type of immature pre-HSCs capable of developing into long-term repopulating definitive HSCs. In this study, we developed a new coaggregation culture system, which supports maturation of a novel population of CD45-negative (VE-cad⁺CD45⁻CD41⁺) pre-HSCs into definitive HSCs. The appearance of these pre-HSCs precedes development of the VE-cad⁺CD45⁺ pre-HSCs (termed here type I and type II pre-HSCs, respectively), thus establishing a hierarchical directionality in the developing HSC lineage. By labeling the luminal surface of the dorsal aorta, we show that both type I and type II pre-HSCs are distributed broadly within the endothelial and subendothelial aortic layers, in contrast to mature definitive HSCs which localize to the aortic endothelial layer. In agreement with expression of CD41 in pre-HSCs, in vivo CD41-Cre-mediated genetic tagging occurs in embryonic pre-HSCs and persists in all lymphomyeloid lineages of the adult animal.

Abstract Endothelial cell (EC) sensing of fluid shear stress regulates atherosclerosis, a disease of arteries that causes heart attack and stroke. Atherosclerosis preferentially develops at regions of arteries exposed to low oscillatory shear stress (LOSS), whereas high shear regions are protected. We show using inducible EC-specific genetic deletion in hyperlipidaemic mice that the Notch ligands JAG1 and DLL4 have opposing roles in atherosclerosis. While endothelial Jag1 promoted atherosclerosis at sites of LOSS, endothelial Dll4 was atheroprotective. Analysis of porcine and murine arteries and cultured human coronary artery EC exposed to experimental flow revealed that JAG1 and its receptor NOTCH4 are strongly upregulated by LOSS. Functional studies in cultured cells and in mice with EC-specific deletion of Jag1 show that JAG1-NOTCH4 signalling drives vascular dysfunction by repressing endothelial repair. These data demonstrate a fundamental role for JAG1-NOTCH4 in sensing LOSS during disease, and suggest therapeutic targeting of this pathway to treat atherosclerosis.

Abstract The neural crest (NC) is an important multipotent embryonic cell population and its impaired specification leads to various developmental defects, often in an anteroposterior (A-P) axial level-specific manner. The mechanisms underlying the correct A-P regionalisation of human NC cells remain elusive. Recent studies have indicated that trunk NC cells, the presumed precursors of the childhood tumour neuroblastoma, are derived from neuromesodermal-potent progenitors of the postcranial body (NMPs). Here we employ human embryonic stem cell differentiation to define how NMP-derived NC cells acquire a posterior axial identity. We show that TBXT, a pro-mesodermal transcription factor, mediates early posterior NC regionalisation together with WNT signalling effectors. This occurs by TBXT-driven chromatin remodelling via its binding in key enhancers within HOX gene clusters and other posterior regulator-associated loci. In contrast, posteriorisation of NMP-derived spinal cord cells is TBXT/WNT-independent and takes place under the influence of FGF signalling. Our work reveals a previously unknown role of TBXT in influencing posterior NC fate and points to the existence of temporally discrete, cell type-dependent modes of posterior axial identity control.

ABSTRACT The generation of the post-cranial embryonic body relies on the coordinated production of spinal cord neurectoderm and presomitic mesoderm cells from neuromesodermal progenitors (NMPs). This process is orchestrated by pro-neural and pro-mesodermal transcription factors that are co-expressed in NMPs together with Hox genes, which are critical for axial allocation of NMP derivatives. NMPs reside in a posterior growth region, which is marked by the expression of Wnt, FGF and Notch signalling components. While the importance of Wnt and FGF in influencing the induction and differentiation of NMPs is well established, the precise role of Notch remains unclear. Here, we show that the Wnt/FGF-driven induction of NMPs from human embryonic stem cells (hESCs) relies on Notch signalling. Using hESC-derived NMPs and chick embryo grafting, we demonstrate that Notch directs a pro-mesodermal character at the expense of neural fate. We show that Notch also contributes to activation of HOX gene expression in human NMPs, partly in a non cell-autonomous manner. Finally, we provide evidence that Notch exerts its effects via the establishment of a negative feedback loop with FGF signalling.

Abstract Early childhood tumours arise from transformed embryonic cells, which often carry large copy number alterations (CNA). However, it remains unclear how CNAs contribute to embryonic tumourigenesis due to a lack of suitable models. Here we employ female human embryonic stem cell (hESC) differentiation and single-cell transcriptome and epigenome analysis to assess the effects of chromosome 17q/1q gains, which are prevalent in the embryonal tumour neuroblastoma (NB). We show that CNAs impair the specification of trunk neural crest (NC) cells and their sympathoadrenal derivatives, the putative cells-of-origin of NB. This effect is exacerbated upon overexpression of MYCN , whose amplification co-occurs with CNAs in NB. Moreover, CNAs potentiate the pro-tumourigenic effects of MYCN and mutant NC cells resemble NB cells in tumours. These changes correlate with a stepwise aberration of developmental transcription factor networks. Together, our results sketch a mechanistic framework for the CNA-driven initiation of embryonal tumours.

Ferroptosis is a form of programmed cell death that is modulated in some cancer cells as a pro-survival mechanism. Induction of ferroptosis is a potential anti-cancer strategy, and enhancement of ferroptosis using ferroptosis inducers has the potential to enhance current anti-tumour mechanisms. In this study, we assessed the effect of the ferroptosis inducers Erastin, RSL-3 and FIN-56 on radiosensitivity in 2D cell culture, and in 3D alginate tumour spheroids from breast cancer cell lines. Since some tumours modulate ferroptosis via increased Nrf2 production, and MCF-7 and MDA-MB-231 both produce Nrf2 protein, we also assessed the effects of the Nrf2 inhibitor ML385 on radiosensitivity. MDA-MB-231 was highly sensitive to all ferroptosis inducers, and ferroptosis was reversed by the ferroptosis inhibitors Ferrostatin-1, Liproxstatin-1 and Deferoxamine. MCF-7 was resistant to all ferroptosis inducers. MDA-MB-231 and MCF-7 cells were sensitive to irradiation in 2D cell culture but resistant to irradiation in 3D alginate spheroids. Ferroptosis inducers did not synergistically enhance irradiation-induced cell death in 2D cell cultures. There was also no robust enhancement to irradiation effects with ferroptosis inducers in 2D or 3D cell culture. Ferroptosis inducers did, however, show a heterogeneous response in 3D cell culture, in that isogenic spheroids responded differently within the same spheroid. The Nrf2 inhibitor ML385 showed no synergistic enhancement of ferroptotic cell death when combined with irradiation. These studies suggest targeting ferroptosis does not induce short-term enhancement of ferroptotic cell death.

Neutrophils have been implicated in the pathogenesis of atherosclerosis, a lipid-driven disease of arteries, but they are seldom found in atherosclerotic plaques. To resolve this longstanding paradox, we investigated whether neutrophil-derived microvesicles may influence arterial pathophysiology. Clinical and pre-clinical studies revealed that levels of circulating neutrophil microvesicles were enhanced by exposure to a high fat diet, a known risk factor for atherosclerosis. Neutrophil microvesicles accumulated at disease-prone regions of arteries that are exposed to complex flow patterns, and they promoted vascular inflammation and atherosclerosis in a murine model. Using cultured endothelial cells exposed to disturbed flow, it was demonstrated that neutrophil microvesicles promoted inflammatory gene expression by delivering a microRNA (miR-155) that enhanced NF-κB activation. Similary, neutrophil microvesicles increased miR-155 and enhanced NF-κB at disease-prone sites of disturbed flow in arteries of mice. We conclude that delivery of microvesicles carrying miR-155 to disease-prone regions of arteries provides a novel mechanism by which neutrophils contribute to vascular inflammation and atherogenesis.

The ability of endothelial cells (EC) to sense blood flow direction is a critical determinant of vascular health and disease. Unidirectional flow induces EC alignment and vascular homeostasis, whereas bidirectional flow has pathophysiological effects. EC express several mechanoreceptors that can respond to fluid flow (shear stress) but the mechanism for sensing the direction of shearing force is poorly understood. We observed using in vitro flow systems and magnetic tweezers that β1 integrin is a key sensor of force direction because it is activated by unidirectional but not bidirectional shearing forces. Consistently, β1 integrin was essential for Ca2+ signalling and cell alignment in response to unidirectional but not bidirectional shear stress. β1 integrin activation by unidirectional force was amplified in EC that were pre-sheared in the same direction, indicating that alignment and β1 integrin activity has a feedforward interaction which is a hallmark of system stability. En face staining and EC-specific genetic deletion studies of the murine aorta revealed that β1 integrin is activated and is essential for EC alignment at sites of unidirectional flow but is not activated at sites of bidirectional flow. In summary, β1 integrin sensing of unidirectional force is a key mechanism for decoding blood flow mechanics to promote vascular homeostasis.