Studies of the adult Drosophila midgut have led to many insights in our understanding of cell-type diversity, stem cell regeneration, tissue homeostasis, and cell fate decision. Advances in single-cell RNA sequencing provide opportunities to identify new cell types and molecular features. We used single-cell RNA sequencing to characterize the transcriptome of midgut epithelial cells and identified 22 distinct clusters representing intestinal stem cells, enteroblasts, enteroendocrine cells (EEs), and enterocytes. This unbiased approach recovered most of the known intestinal stem cells/enteroblast and EE markers, highlighting the high quality of the dataset, and led to insights on intestinal stem cell biology, cell type-specific organelle features, the roles of new transcription factors in progenitors and regional variation along the gut, 5 additional EE gut hormones, EE hormonal expression diversity, and paracrine function of EEs. To facilitate mining of this rich dataset, we provide a web-based resource for visualization of gene expression in single cells. Altogether, our study provides a comprehensive resource for addressing functions of genes in the midgut epithelium.

The sense of taste is essential for survival, as it allows animals to distinguish between foods that are nutritious from those that are toxic. However, innate responses to different tastants can be modulated or even reversed under pathological conditions. Here, we examined whether and how the internal status of an animal impacts taste valence by using Drosophila models of hyperproliferation in the gut. In all three models where we expressed proliferation-inducing transgenes in intestinal stem cells (ISCs), hyperproliferation of ISCs caused a tumor-like phenotype in the gut. While tumor-bearing flies had no deficiency in overall food intake, strikingly, they exhibited an increased gustatory preference for aristolochic acid (ARI), which is a bitter and normally aversive plant-derived chemical. ARI had anti-tumor effects in all three of our gut hyperproliferation models. For other aversive chemicals we tested that are bitter but do not have anti-tumor effects, gut tumors did not affect avoidance behaviors. We demonstrated that bitter-sensing gustatory receptor neurons (GRNs) in tumor-bearing flies respond normally to ARI. Therefore, the internal pathology of gut hyperproliferation affects neural circuits that determine taste valence postsynaptic to GRNs rather than altering taste identity by GRNs. Overall, our data suggest that increased consumption of ARI may represent an attempt at self-medication. Finally, although ARI's potential use as a chemotherapeutic agent is limited by its known toxicity in the liver and kidney, our findings suggest that tumor-bearing flies might be a useful animal model to screen for novel anti-tumor drugs.

Studies of the adult Drosophila midgut have provided a number of insights on cell type diversity, stem cell regeneration, tissue homeostasis and cell fate decision. Advances in single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) provide opportunities to identify new cell types and molecular features. We used inDrop to characterize the transcriptome of midgut epithelial cells and identified 12 distinct clusters representing intestinal stem cells (ISCs), enteroblasts (EBs), enteroendocrine cells (EEs), enterocytes (ECs) from different regions, and cardia. This unbiased approach recovered 90% of the known ISCs/EBs markers, highlighting the high quality of the dataset. Gene set enrichment analysis in conjunction with electron micrographs revealed that ISCs are enriched in free ribosomes and possess mitochondria with fewer cristae. We demonstrate that a subset of EEs in the middle region of the midgut expresses the progenitor marker esg and that individual EEs are capable of expressing up to 4 different gut hormone peptides. We also show that the transcription factor klumpfuss (klu) is expressed in EBs and functions to suppress EE formation. Lastly, we provide a web-based resource for visualization of gene expression in single cells. Altogether, our study provides a comprehensive resource for addressing novel functions of genes in the midgut epithelium.

ABSTRACT Pathogen infection and tissue injury are universal insults that disrupt homeostasis. Innate immunity senses microbial infections and induces interferons (IFNs) to activate resistance mechanisms. Applying unbiased phylogenetic analysis, we show that interleukin-24 (IL24) is among the closest evolutionary homologs to the IFN family and shares a common ancestral origin. However, in contrast to IFNs, IL24 induction occurs specifically in barrier epithelial progenitors after injury and is independent of microbiome or adaptive immunity. Surprisingly, Il24 ablation impedes not only epidermal proliferation and re-epithelialization, but also capillary and fibroblast regeneration within the dermal wound bed. Conversely, ectopic Il 24 induction in homeostatic epidermis triggers global epithelial-mesenchymal tissue repair responses. Mechanistically, sustained Il24 expression depends upon both IL24 receptor/STAT3 signaling and also hypoxia-stabilized HIF1α, which converge following injury. Thus, parallel to the IFN-mediated innate immune sensing of pathogens to resolve infections, epithelial stem cells sense injury signals to orchestrate IL24-mediated tissue repair.

The matter cycle and the renewable energy are fundamental to sustainable development. Despite the recognized urgency of plastic recycling, its implementation is still limited technologically. A dynamic crosslinker can enable...