Mammalian epidermis is maintained by stem cells that have the ability to self-renew and generate daughter cells that differentiate along the lineages of the hair follicles, interfollicular epidermis and sebaceous gland. As stem cells divide infrequently in adult mouse epidermis, they can be visualised as DNA label-retaining cells (LRC). With whole-mount labelling, we can examine large areas of interfollicular epidermis and many hair follicles simultaneously, enabling us to evaluate stem cell markers and examine the effects of different stimuli on the LRC population. LRC are not confined to the hair follicle, but also lie in sebaceous glands and interfollicular epidermis. LRC reside throughout the permanent region of the hair follicle,where they express keratin 15 and lie in a region of high α6β4 integrin expression. LRC are not significantly depleted by successive hair growth cycles. They can, nevertheless, be stimulated to divide by treatment with phorbol ester, resulting in near complete loss of LRC within 12 days. Activation of Myc stimulates epidermal proliferation without depleting LRC and induces differentiation of sebocytes within the interfollicular epidermis. Expression of N-terminally truncated Lef1 to block β-catenin signalling induces transdifferentiation of hair follicles into interfollicular epidermis and sebocytes and causes loss of LRC primarily through proliferation. We conclude that LRC are more sensitive to some proliferative stimuli than others and that changes in lineage can occur with or without recruitment of LRC into cycle.

Abstract Type III IFNs (IFN-λ/IL-28/29) are cytokines with type I IFN-like antiviral activities, which remain poorly characterized. We herein show that most cell types expressed both types I and III IFNs after TLR stimulation or virus infection, whereas the ability of cells to respond to IFN-λ was restricted to a narrow subset of cells, including plasmacytoid dendritic cells and epithelial cells. To examine the role of type III IFN in antiviral defense, we generated IL-28Rα-deficient mice. These mice were indistinguishable from wild-type mice with respect to clearance of a panel of different viruses, whereas mice lacking the type I IFN receptor (IFNAR−/−) were significantly impaired. However, the strong antiviral activity evoked by treatment of mice with TLR3 or TLR9 agonists was significantly reduced in both IL-28RA−/− and IFNAR−/− mice. The type I IFN receptor system has been shown to mediate positive feedback on IFN-αβ expression, and we found that the type I IFN receptor system also mediates positive feedback on IFN-λ expression, whereas IL-28Rα signaling does not provide feedback on either type I or type III IFN expression in vivo. Finally, using bone-marrow chimeric mice we showed that TLR-activated antiviral defense requires expression of IL-28Rα only on nonhemopoietic cells. In this compartment, epithelial cells responded to IFN-λ and directly restricted virus replication. Our data suggest type III IFN to target a specific subset of cells and to contribute to the antiviral response evoked by TLRs.

BRCA1-associated breast and ovarian cancer risks can be modified by common genetic variants. To identify further cancer risk-modifying loci, we performed a multi-stage GWAS of 11,705 BRCA1 carriers (of whom 5,920 were diagnosed with breast and 1,839 were diagnosed with ovarian cancer), with a further replication in an additional sample of 2,646 BRCA1 carriers. We identified a novel breast cancer risk modifier locus at 1q32 for BRCA1 carriers (rs2290854, P = 2.7×10−8, HR = 1.14, 95% CI: 1.09–1.20). In addition, we identified two novel ovarian cancer risk modifier loci: 17q21.31 (rs17631303, P = 1.4×10−8, HR = 1.27, 95% CI: 1.17–1.38) and 4q32.3 (rs4691139, P = 3.4×10−8, HR = 1.20, 95% CI: 1.17–1.38). The 4q32.3 locus was not associated with ovarian cancer risk in the general population or BRCA2 carriers, suggesting a BRCA1-specific association. The 17q21.31 locus was also associated with ovarian cancer risk in 8,211 BRCA2 carriers (P = 2×10−4). These loci may lead to an improved understanding of the etiology of breast and ovarian tumors in BRCA1 carriers. Based on the joint distribution of the known BRCA1 breast cancer risk-modifying loci, we estimated that the breast cancer lifetime risks for the 5% of BRCA1 carriers at lowest risk are 28%–50% compared to 81%–100% for the 5% at highest risk. Similarly, based on the known ovarian cancer risk-modifying loci, the 5% of BRCA1 carriers at lowest risk have an estimated lifetime risk of developing ovarian cancer of 28% or lower, whereas the 5% at highest risk will have a risk of 63% or higher. Such differences in risk may have important implications for risk prediction and clinical management for BRCA1 carriers.

Background: The epidermis is a stratified epithelium whose differentiation program is triggered in part by calcium. Dysregulation of keratinocyte differentiation may lead to non-melanoma skin cancers, including cutaneous squamous cell carcinoma (cSCC). The compound 2-aminoethoxydiphenyl borate (2-APB) modulates calcium signaling by altering activity of calcium-permeable channels of the transient receptor potential (TRP) and ORAI families, and is therefore poised to govern signaling pathways that control the balance of keratinocyte proliferation and differentiation. Objective: We sought to determine whether 2-APB alters differentiation of normal human keratinocytes and progression of human cSCCs models in vitro. Methods: Primary human keratinocyte cultures were treated with 2-APB and levels of proliferation (EdU incorporation) and differentiation markers [quantitative PCR (qPCR)] were assessed. Human cSCC biopsies and cell lines were analyzed for TRP and ORAI gene expression via qPCR. cSCC cell lines were cultured in organtypic cultures and analyzed for growth and invasiveness after 2-APB or vehicle treatment. Results: Culturing human keratinocytes with 2‑APB arrested cell proliferation, triggered differentiation-gene expression and altered epidermal stratification, indicating that 2-APB application is sufficient to promote differentiation. In human organotypic cSCC cultures, 2‑APB attenuated tumor growth and invasiveness. Finally, expression of a panel of 2‑APB-targeted ion channels (TRPV3, TRPV1, TRPC1, OraI1, OraI2 and OraI3) was dysregulated in high-risk cSCC biopsies. Conclusions: Collectively, these findings identify 2-APB as a potential therapeutic for high-risk cSCCs.

Extrachromosomal circular DNA (eccDNA) and ring chromosomes are genetic alterations found in humans with genetic disorders and diseases such as cancer. However, there is a lack of genetic engineering tool to recapitulate these features. Here, we report the discovery that delivery of pairs of CRISPR/Cas9 guide RNAs into human cells generate functional eccDNAs and ring chromosomes. We generated a dual-fluorescence eccDNA biosensor system, which allows us to study CRISPR deletion, inversion, and circularization of genes inside cells. Analysis after CRISPR editing at intergenic and genic loci in human embryonic kidney 293T cells and human mammary fibroblasts reveal that CRISPR deleted DNA readily form eccDNA in human cells. DNA in sizes from a few hundred base pairs up to a 47.4 megabase-sized ring chromosome (chr18) can be circularized. Our discoveries advance and expand CRISPR-Cas9 technology applications for genetic engineering, modeling of human diseases, and chromosome engineering.

Abstract The growth and development of the skeleton is regulated by bone morphogenetic proteins of which several are linked to genetic skeletal disorders. So far, no human skeletal malformations have been associated with variants in BMP5 . Here, we report a patient with biallelic loss of function variants in BMP5 and a syndromic phenotype including skeletal dysostosis, dysmorphic features, hypermobility, laryngo‐tracheo‐bronchomalacia and atrioventricular septal defect. We discuss the phenotype in relation to the known tissue‐specific expression of Bmp5 and similar morphological abnormalities previously reported in experimental animal models. Our findings suggest a new association between BMP5 variants and a range of developmental anomalies, involving ears, heart and skeleton, thereby increasing understanding of BMP5's role in human development.