Abstract Idiopathic lung fibrosis (IPF) is a fatal lung disease characterized by chronic epithelial injury and exhausted repair capacity of the alveolar compartment, associated with the expansion of cells with intermediate alveolar epithelial cell (AT2) characteristics. Using Sftpc CreERT2/+ : tdTomato flox/flox mice, we previously identified a lung population of quiescent injury activated alveolar epithelial progenitors (IAAPs) marked by low expression of the AT2 lineage trace marker tdTomato (Tom low ), and characterized by high levels of Pd-l1 (Cd274) expression. This led us to hypothesize that a population with similar properties exists in the human lung. To that end, we used flow cytometry to characterize the CD274 cell surface expression in lung epithelial cells isolated from donor and end-stage IPF lungs. The identity and functional behavior of these cells were further characterized by qPCR analysis, in vitro organoid formation, and ex vivo precision-cut lung slices (PCLS). Our analysis led to the identification of a population of CD274 pos cells expressing intermediate levels of SFTPC , which was expanded in IPF lungs. While donor CD274 pos cells initiated clone formation, they did not expand significantly in 3D organoids in AT2-supportive conditions. However, an increased number of CD274 pos cells was found in cultured PCLS. In conclusion, we demonstrate that, similar to the IAAPs in the mouse lung, a population of CD274 expressing cells exists in the normal human lung and this population is expanded in the IPF lung and in an ex vivo PCLS assay, suggestive of progenitor cell behavior.

ABSTRACT Fibroblast growth factor receptor 2b (Fgfr2b) signaling is essential throughout lung development to form the alveolar epithelial lineage. However, its role in alveolar epithelial type 2 cells (AT2s) homeostasis was recently considered dispensable. SftpcCreERT2; tdTomato flox/flox mice were used to delete Fgfr2b expression in cells belonging to the AT2 lineage, which contains mature AT2s and a novel SftpcLow lineage-traced population called “injury activated alveolar progenitors” or IAAPs. Upon continuous tamoxifen exposure for either one or two weeks to delete Fgfr2b , a shrinking of the AT2s is observed. Mature AT2s exit the cell cycle, undergo apoptosis and fail to form alveolospheres in vitro. However, the lung morphometry appears normal, suggesting the involvement of compensatory mechanisms. In mutant lungs, IAAPs which escaped Fgfr2b deletion expand, display enhanced alveolosphere formation in vitro and increase drastically their AT2 signature suggesting differentiation towards mature AT2s. Interestingly, a significant increase in AT2s and decrease in IAPPs occurs after a one-week tamoxifen exposure followed by an eight-week chase period. While mature AT2s partially recover their alveolosphere formation capabilities, the IAAPs no longer display this property. Single-cell RNA seq analysis confirms that AT2s and IAAPs represent stable and distinct cell populations and recapitulate some of their characteristics observed in vivo. Our results underscore the essential role played by Fgfr2b signaling in the maintenance of the AT2 lineage in the adult lung and suggest that the IAAPs could represent a new population of AT2 progenitors.

ABSTRACT Alveolar type 2 (AT2) cells are heterogeneous cells; where specialized AT2 subpopulations within this lineage exhibit stem cell properties. However, the existence of quiescent, immature cells within the AT2 lineage, which get activated during lung regeneration, is unknown. Sftpc CreERT2/+ ; tdTomato flox/flox mice were used for the labelling of AT2 cells and labeled subpopulations were analyzed by flow cytometry, qPCR, ATAC-seq, gene arrays, pneumonectomy, and culture of precision-cut lung slides. Human lungs from donor and IPF were also analyzed. In mice, we detected two distinct AT2 subpopulations with low tdTomato level (Tom Low ) and high tdTomato level (Tom High ). Tom Low express lower level of AT2 differentiation markers, Fgfr2b and Etv5 , while Tom High , as bona fide mature AT2 cells, show higher level of Sftpc , Sftpb , Sftpa1 , Fgfr2b , and Etv5 . ATAC-seq analysis indicates that Tom Low and Tom High constitute two distinct cell populations with specific silencing of Sftpc , Rosa26 and cell cycle gene loci in Tom Low . Upon pneumonectomy, Tom Low but not Tom High cells proliferate and upregulate the expression of Fgfr2b , Etv5 , Sftpc , Ccnd1 and Ccnd2 compared to sham. Tom Low cells overexpress PD-L1, an immune inhibitory membrane receptor ligand, which is used by flow cytometry to differentially isolate these two sub-populations. In the human lung, PD-L1 and HTII-280 antibodies are used by flow cytometry to differentially sort mature AT2 (HTII-280-high, PD-L1-low) as well as an additional subpopulation of epithelial cells characterized by HTII-280-Low and PD-L1-high. We have identified a novel population of AT2 quiescent immature progenitor cells in mouse that proliferate upon pneumonectomy and provided evidence for the existence of such cells in human. Significance of the work The characterization and mechanism of the proliferation of a novel and relevant pool of AT2 progenitor cells for the repair/regeneration process after injury are critical to improving respiratory function in patients with lung disease.

Abstract Fgf10 is a key gene during development, homeostasis and repair after injury. We previously reported a Fgf10 CreERT2 line (with the CreERT2 cassette inserted in frame with the start codon of exon 1), called thereafter Fgf10 Ki-v1 , to target Fgf10 Pos cells. While this line allowed fairly efficient and specific labeling of Fgf10 Pos cells during the embryonic stage, it failed to target these cells after birth, particularly in the postnatal lung, which has been the focus on our research. We report here the generation and validation of a new Fgf10 CreERT2 (called thereafter Fgf10 Ki-v2 ) with the insertion of the expression cassette in frame with the stop codon of exon 3. This new Fgf10 Ki-v2 line exhibited comparable Fgf10 expression level to their wild type counterpart . However, a disconnection between the Fgf10 and the Cre expression was observed in Fgf10 Ki-v2/+ lungs. In addition, lung and limb agenesis were observed in homozygous embryos suggesting a loss of Fgf10 functional allele in Fgf10 Ki-v2 mice. Bio-informatics analysis shows that the 3’UTR, where the CreERT2 cassette is inserted, contains numerous putative transcription factor binding sites. By crossing this line with tdTomato reporter line, we demonstrated that tdTomato expression faithfully recapitulated Fgf10 expression during development. Significantly, Fgf10 Ki-v2 mouse is capable of significantly targeting Fgf10 Pos cells in the adult lung. Therefore, despite the aforementioned limitations, this new Fgf10 Ki-v2 line opens the way for future mechanistic experiments involving the postnatal lung.

Abstract Resident mesenchymal cells (rMCs defined as Cd31 Neg Cd45 Neg Epcam Neg ) control the self-renewal and differentiation of alveolar epithelial type 2 (AT2) stem cells in vitro. The identity of these rMCs is still elusive. Among them, Axin2 Pos mesenchymal alveolar niche cells (MANCs), which are expressing Fgf7, have been previously described. We propose that an additional population of rMCs, expressing Fgf10 (called rMC-Sca1 Pos Fgf10 Pos ) are equally important to maintain AT2 stem cell self-renewal. The alveolosphere model, based on the AT2-rMC co-culture in growth factor reduced Matrigel, was used to test the efficiency of different rMC subpopulations isolated by FACS from adult murine lung to sustain the self-renewal and differentiation of AT2 stem cells. We demonstrate that rMC-Sca1 Pos Fgf10 Pos cells are efficient to promote the self-renewal and differentiation of AT2 stem cells. Co-staining of adult lung for Fgf10 mRNA and Sftpc protein respectively, indicate that 28% of Fgf10 Pos cells are located close to AT2 cells. Co-ISH for Fgf7 and Fgf10 indicate that these two populations do not significantly overlap. Gene arrays comparing rMC-Sca1 Pos Axin2 Pos and rMC-Sca1 Pos Fgf10 Pos support that these two cell subsets express differential markers. In addition, rMC function is decreased in diabetic and obese ob/ob mutant compared to WT mice with a much stronger loss of function in males compared to females. In conclusion, rMC-Sca1 Pos Fgf10 Pos cells play important role in supporting AT2 stem cells self-renewal and differentiation. This result sheds a new light on the subpopulations of rMCs contributing to the AT2 stem cell niche in homeostasis and in the context of COVID-19 pathogenesis. Key message What is already known about the subject? Resident mesenchymal cells (rMCs defined as Cd31 Neg Cd45 Neg Epcam Neg ) control the self-renewal and differentiation of alveolar epithelial type 2 (AT2) stem cells in vitro. The identity of these rMCs is still elusive. Among them, Axin2 Pos mesenchymal alveolar niche cells (MANCs), which are expressing Fgf7, have been previously described. What does this study add? Our study shows that an additional population of rMCs, expressing Fgf10 (called rMC-Sca1 Pos Fgf10 Pos ) is equally important to maintain AT2 stem cell self-renewal. rMC-Sca1 Pos Fgf10 Pos are LipidTox High and are located close to AT2s. In addition, rMC-Sca1 Pos Fgf10 Pos cells support AT2 stem cell self-renewal and differentiation thereby identifying these cells as bone fide functional lipofibroblasts (LIFs). We have previously reported that LIF can transdifferentiate into activated MYF in the context of bleomycin-induced fibrosis in mice [1] and that activated MYF isolated from the lungs of end stage idiopathic fibrosis human patients can respond to Metformin to undergo transdifferentiation back to the LIF phenotype [2]. We also show that the function of rMCs-Sca1 Pos is negatively impacted by gender and obesity, which represent two major aggravating factors for COVID-19 pathogenesis, leading to either death or major complications after infection recovery such as lung fibrosis. How might this impact on clinical practice and future development? By establishing that rMC-Sca1 Pos Fgf10 Pos are different from the MANCs, our study opens the way for a new key mesenchymal cell population that should be targeted to either prevent or reverse fibrosis. In addition, as this population maintains the AT2 stem cells self-renewal and differentiation, such targeting will also allow to progressively recover the loss in respiratory function.

Abstract Intraductal papillary mucinous neoplasm (IPMN) represents one type of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) precursor lesion, however its cell-of-origin remains unclear. Here we describe a new mouse model in which pancreas-specific Cre activation of a nuclear glycogen synthase kinase-3β transgene is combined with oncogenic KRas (referred to as KNGC). KNGC mice show accumulation of neoplastic ductal cells at 4-weeks that progressively develop into IPMN with low-grade dysplasia in advanced age. RNA-sequencing identified expression of several terminal duct cell lineage genes including Agr2 and Aqp5. Interestingly, Aqp5, a water channel, was found to be required for the development of IPMN lesions in KNGC mice. Staining of human IPMN samples indicates that these preneoplastic lesions also arise from expansion of the terminal duct population. Altogether, these data highlight the utility of the KNGC model for understanding the biology of IPMN and potential utility in defining predictive biomarkers of IPMN – PDA development. Statement of significance Understanding the cell-of-origin of IPMN is crucial to developing early detection methods that specifically target aggressive precursors of PDA. This work, using a novel mouse model, identifies Aqp5-modulated development of Agr2 + terminal ducts that could potentially serve as a clinical biomarker for IPMN.

Ovarian cancer (OC) ranks among the prevalent tumors affecting the female reproductive system. The aim of this study was to evaluate mitochondria-associated platinum resistance genes using organoid models. Univariate Cox regression, LASSO and multivariate Cox regression analyses were performed on The Cancer Genome Atlas (TCGA) database to construct 2-gene prognostic signature (MUL1 and SSBP1), and GSE26712 dataset was used for external validation. In addition, the relationship between MUL1 and platinum resistance was examined by organoid culture, lentiviral transduction, CCK8 assay, and Western blot. The results showed that patients in the high-risk group exhibited significantly worse OS (P = 0.002, P = 0.017). Drug sensitivity analysis revealed that platinum resistance increased with the upregulation of MUL1 expression (Cor = 0.5154, P = 0.02). Our experimental findings demonstrated that knockout of the MUL1 gene significantly increased apoptosis and enhanced the sensitivity of the OC cell line A2780 to cisplatin. Through this study, we have provided strong evidence for further research on prognostic risk factors and individualized treatment in OC patients, and provided new insights into addressing platinum resistance in OC.

The mammalian lung is a highly complex organ due to its branched, tree-like structure and diverse cellular composition. Recent efforts using state-of-the-art genetic lineage tracing and single-cell transcriptomics have helped reduce this complexity and delineate the ancestry and fate of various cell subpopulations during organogenesis, homeostasis and repair after injury. However, mesenchymal cell heterogeneity and function in development and disease remain a longstanding issue in the lung field. In this study, we break down smooth muscle heterogeneity into the constituent subpopulations by combining in vivo lineage tracing, single-cell RNA sequencing and in vitro organoid cultures. We identify a repair-supportive mesenchymal cell (RSMC) population that is distinct from pre-existing airway smooth muscle cells (ASMC) and is critical for regenerating the conducting airway epithelium. Progenitors of RSMCs are intertwined with airway smooth muscle, undergo active WNT signaling, transiently acquire the expression of the smooth muscle marker ACTA2 in response to epithelial injury and are marked by PDGFRα expression. Our data simplify the cellular complexity of the peribronchiolar domain of the adult lung and represent a forward step towards unraveling the role of mesenchymal cell subpopulations in instructing epithelial behavior during repair processes.

Idiopathic pulmonary fibrosis is a fatal, incurable lung disease in which the intricate alveolar network of the human lung is progressively replaced by fibrotic scars, eventually leading to respiratory failure. Myofibroblasts are the effector cells that lead to abnormal deposition of extracellular matrix proteins and therefore mediate fibrotic disease not only in the lung but also in other organs. Emerging literature suggests a correlation between fibrosis and metabolic alterations in IPF. In this study, we show that the first-line antidiabetic drug, metformin, exerts potent antifibrotic effects in the lung by modulating metabolic pathways, inhibiting TGFβ1 action, suppressing collagen formation, activating PPARγ signaling and inducing lipogenic differentiation in lung myofibroblasts derived from human patients. Using genetic lineage tracing in a murine model of lung fibrosis, we show that metformin alters the fate of myofibroblasts and accelerates fibrosis resolution by inducing myofibroblast-to-lipofibroblast transdifferentiation. Detailed pathway analysis showed that the reduction of collagen synthesis was largely AMPK-dependent, whereas the transdifferentiation of myo- to lipofibroblasts occurred in a BMP2-PPARγ-dependent fashion and was largely AMPK-independent. Our data report an unprecedented role for metformin in lung fibrosis, thus warranting further therapeutic evaluation.