Bone marrow stem cells develop into hematopoietic and mesenchymal lineages but have not been known to participate in production of hepatocytes, biliary cells, or oval cells during liver regeneration. Cross-sex or cross-strain bone marrow and whole liver transplantation were used to trace the origin of the repopulating liver cells. Transplanted rats were treated with 2-acetylaminofluorene, to block hepatocyte proliferation, and then hepatic injury, to induce oval cell proliferation. Markers for Y chromosome, dipeptidyl peptidase IV enzyme, and L21-6 antigen were used to identify liver cells of bone marrow origin. From these cells, a proportion of the regenerated hepatic cells were shown to be donor-derived. Thus, a stem cell associated with the bone marrow has epithelial cell lineage capability.

In vivo and in vitro studies indicate that a subpopulation of human marrow-derived stromal cells (MSCs, also known as mesenchymal stem cells) has potential to differentiate into multiple cell types, including osteoblasts. In this study, we tested the hypothesis that there are intrinsic effects of age in human MSCs (17-90 years). We tested the effect of age on senescence-associated beta-galactosidase, proliferation, apoptosis, p53 pathway genes, and osteoblast differentiation in confluent monolayers by alkaline phosphatase activity and osteoblast gene expression analysis. There were fourfold more human bone MSCs (hMSCs) positive for senescence-associated beta-galactosidase in samples from older than younger subjects (P < 0.001; n = 17). Doubling time of hMSCs was 1.7-fold longer in cells from the older than the younger subjects, and was positively correlated with age (P = 0.002; n = 19). Novel age-related changes were identified. With age, more cells were apoptotic (P = 0.016; n = 10). Further, there were age-related increases in expression of p53 and its pathway genes, p21 and BAX. Consistent with other experiments, there was a significant age-related decrease in generation of osteoblasts both in the STRO-1+ cells (P = 0.047; n = 8) and in adherent MSCs (P < 0.001; n = 10). In sum, there is an age-dependent decrease in proliferation and osteoblast differentiation, and an increase in senescence-associated beta-galactosidase-positive cells and apoptosis in hMSCs. Up-regulation of the p53 pathway with age may have a critical role in mediating the reduction in both proliferation and osteoblastogenesis of hMSCs. These findings support the view that there are intrinsic alterations in human MSCs with aging that may contribute to the process of skeletal aging in humans.

Two novel stem cell factor (SCF) dependent human mast cell lines, designated LAD 1 and 2, were established from bone marrow aspirates from a patient with mast cell sarcoma/leukemia. LAD 1 and 2 cells have the ultrastructural features of human mast cells, and express FcepsilonRI, CD4, 9, 13, 14, 22, 31, 32, 45, 64, 71, 103, 117, 132, CXCR4 (CD184), CCR5 (CD195); and intracytoplasmic histamine, tryptase and chymase. LAD 1 and 2 do not exhibit activating mutations at codon 816 of c-kit. Both LAD 1 and 2 release beta-hexosaminidase following FcepsilonRI or FcgammaRI aggregation. The availability of these cell lines offers an unparalleled circumstance to examine the biology of human mast cells.

Human mast cells are known to arise from a CD34+/c-kit+ progenitor cell population that also gives rise to neutrophils, eosinophils, basophils, and monocytes. To further characterize cells within the CD34+/c-kit+ population that yield mast cells, this progenitor was additionally sorted for CD13, a myeloid marker known to appear early on rodent mast cells and cultured human mast cells, but not expressed or expressed at low levels on human tissue mast cells; and cultured in recombinant human (rh) stem cell factor (rhSCF), rh interleukin-3 (rhIL-3; first week only), and rhIL-6. Initial sorts revealed that although the majority of cells in culture arose from the CD34+/c-kit+/CD13−cell population, mast cells arose from a CD34+/c-kit+/CD13+progenitor cell that also gave rise to a population of monocytes. Sequential sorting confirmed that CD34+/c-kit+/CD13+cells in CD34+/c-kit+/CD13−sorts gave rise to the few mast cells observed in CD13−sorted cells. CD34+/c-kit+/CD13+cells plated as single cells in the presence of various cytokine combinations gave rise to pure mast cell, monocyte, or mixed mast cell/monocyte progeny. Addition of either rh granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (rhGM-CSF) or rhIL-5 to the CD34+/c-kit+/CD13+progenitor cell population cultured in rhSCF, rhIL-3, and rhIL-6 did increase the number of total cells cultured and in the case of rhIL-5, did increase total mast cell numbers. Neither rhGM-CSF or rhIL-5 led to additional cell populations, ie, even with the addition of rhGM-CSF or rhIL-5, only mast cells and monocytes grew from CD34+/c-kit+/CD13+cells. Thus, human mast cells and a population of monocytes arise from precursor cells that express CD34, c-kit, and CD13; and within which, are mast cell, monocyte, and mast/monocyte (bipotential) precursors.

It has been established that murine mast cells are derived from a pluripotent bone marrow stem cell. In humans, the corresponding pluripotent cell is included in the CD34+ bone marrow population. To determine whether human mast cells arise from CD34+ human progenitor cells, enriched CD34+ cells were cultured over agarose surfaces (interphase cultures) or cocultured with mouse 3T3 fibroblasts in the presence of recombinant human (rh) IL-3. The presence of both mast cells and basophils was determined using a variety of histochemical and immunohistologic techniques, including immunogold labeling for IgE receptors and mast cell tryptase. Mast cells and basophils continued to appear in cultures when T cell, B cell, macrophage, and eosinophil committed progenitor cells were removed, but were not seen in cultures from which CD34+ cells were removed. CD34+ cells layered over agarose in the presence of rhIL-3 were shown to give rise to cultures that contained mast cells (1 to 5%) and basophils (25 to 40%). Cultures supplemented with rhIL-4 showed no additional increase in mast cells or basophils. CD34+ cells cocultured with 3T3 fibroblasts in the presence of rhIL-3 gave rise to mast cells within the fibroblast monolayer, which by 6 wk comprised up to 46% of the monolayer. CD34-cells on 3T3 fibroblasts gave rise to few mast cells (2% of the monolayer). Mast cell granules from interphase cultures contained homogeneous electron-dense material. In contrast, mast cells within 3T3 monolayers at 6 wk contained a variety of granule morphologies, including scroll, mixed, reticular, dense core, or homogeneous patterns. We conclude that both human mast cells and basophils arise from CD34+ human progenitor cells.

SUMMARY Circadian rhythms dynamically regulate sex differences in metabolism and immunity, and circadian disruption increases the risk of metabolic disorders. We investigated the role of sex-specific microbial circadian rhythms in host metabolism using germ-free and conventionalized female and male mice, dietary manipulations, coupled with a systems biology approach. Sex differences in circadian rhythms of genes involved in immunity and metabolism are dependent on oscillations in the microbiota, microbial metabolic functions, and microbial metabolites. Further, dietary factors modify the magnitude of sex differences in host-microbe circadian dynamics. We show that consuming an obesogenic high-fat, low-fiber diet produced sex-specific changes in circadian rhythms in microbiota, metabolites, and host gene expression, which were linked to sex differences in the severity of metabolic dysfunction. These results reveal that microbial circadian rhythms contribute to sex differences in metabolism, emphasizing the need to consider sex as a biological variable in research on microbial contributions to metabolic dysfunction. HIGHLIGHTS Microbial circadian rhythms differ by sex. Sex-specific rhythms in host transcriptional networks are microbiome-dependent. Diet-induced obesity entrains new sex-specific rhythms in microbiome and host genes. Timing of data collection influences magnitude of sex differences.

Infertility is a devastating condition affecting one in six people globally. In many cases, the underlying causes are unknown. Emerging evidence suggests that the microbiota influences reproduction, yet the mechanistic link between the microbiota, ovarian function, and length of the fertile lifespan remain unexplored. Here we report that the microbiota controls the length of the reproductive lifespan by maintaining the primordial follicle pool, a process mediated by microbiota-derived short chain fatty acids modulating gene regulatory networks crucial for the survival of the ovarian reserve. Dietary perturbation of the microbiota during a critical developmental window is sufficient to diminish the ovarian reserve, reduce oocyte retrieval, and impair preimplantation embryo viability, mirroring challenges in human fertility treatments. Targeted interventions to restore microbiota improve assisted reproductive outcomes, particularly when implemented early. These findings reveal a novel contribution of host-microbe interactions in mammalian reproduction and demonstrate that the microbiota impacts ovarian function and fertility.

The vaginal microbiota plays a pivotal role in reproductive, sexual, and perinatal health and disease. Unlike the well-established connections between diet, metabolism, and the intestinal microbiota, parallel mechanisms influencing the vaginal microbiota and pathogen colonization remain overlooked. In this study, we combine a mouse model of Streptococcus agalactiae strain COH1 (GBS) vaginal colonization with a mouse model of pubertal-onset obesity to assess diet as a determinant of vaginal microbiota composition and its role in colonization resistance. We leveraged culture-dependent assessment of GBS clearance and culture-independent, sequencing-based reconstruction of the vaginal microbiota in relation to diet, obesity, glucose tolerance, and microbial dynamics across time scales. Our findings demonstrate that excessive body weight gain and glucose intolerance are not associated with vaginal GBS density or timing of clearance. Diets high in fat and low in soluble fiber are associated with vaginal GBS persistence, and changes in vaginal microbiota structure and composition due to diet contribute to GBS clearance patterns in nonpregnant mice. These findings underscore a critical need for studies on diet as a key determinant of vaginal microbiota composition and its relevance to reproductive and perinatal outcomes.