Antigen-presenting cells (APC) tailor immune responses to microbial encounters by stimulating differentiation of CD4 T cells into the Th1 and Th2 lineages. We demonstrate that APC use the Notch pathway to instruct T cell differentiation. Strikingly, of the two Notch ligand families, Delta induces Th1, while Jagged induces the alternate Th2 fate. Expression of these different Notch ligands on APC is induced by Th1- or Th2-promoting stimuli. Th2 differentiation has been considered a default process as APC-derived instructive signals are unknown. We demonstrate that Jagged constitutes an instructive signal for Th2 differentiation, which is independent of IL4/STAT6. Th2 differentiation induced by APC is abrogated in T cells lacking the Notch effector RBPJκ. Notch directs Th2 differentiation by inducing GATA3 and by directly regulating il4 gene transcription through RBPJκ sites in a 3′ enhancer.

The transcription factor recombination signal binding protein-J (RBP-J) functions immediately downstream of the cell surface receptor Notch and mediates transcriptional activation by the intracellular domain of all four kinds of Notch receptors. To investigate the function of RBP-J, we introduced loxP sites on both sides of the RBP-J exons encoding its DNA binding domain. Mice bearing the loxP-flanked RBP-J alleles, RBP-J(f/f), were mated with Mx-Cre transgenic mice and deletional mutation of the RBP-J gene in adult mice was induced by injection of the IFN-alpha inducer poly(I)-poly(C). Here we show that inactivation of RBP-J in bone marrow resulted in a block of T cell development at the earliest stage and increase of B cell development in the thymus. Lymphoid progenitors deficient in RBP-J differentiate into B but not T cells when cultured in 2'-deoxyguanosine-treated fetal thymic lobes by hanging-drop fetal thymus organ culture. Competitive repopulation assay also revealed cell autonomous deficiency of T cell development from bone marrow of RBP-J knockout mouse. Myeloid and B lineage differentiation appears normal in the bone marrow of RBP-J-inactivated mice. These results suggest that RBP-J, probably by mediating Notch signaling, controls T versus B cell fate decision in lymphoid progenitors.

The Notch signaling pathway is essential for embryonic vascular development in vertebrates. Here we show that mouse embryos heterozygous for a targeted mutation in the gene encoding the DLL4 ligand exhibit haploinsufficient lethality because of defects in vascular remodeling. We also describe vascular defects in embryos homozygous for a mutation in the Rbpsuh gene, which encodes the primary transcriptional mediator of Notch signaling. Conditional inactivation of Rpbsuh function demonstrates that Notch activation is essential in the endothelial cell lineage. Notch pathway mutant embryos exhibit defects in arterial specification of nascent blood vessels and develop arteriovenous malformations. These results demonstrate that vascular remodeling in the mouse embryo is sensitive to Dll4 gene dosage and that Notch activation in endothelial cells is essential for embryonic vascular remodeling.

Notch1 has been shown to induce glia in the peripheral nervous system. However, it has not been known whether Notch can direct commitment to glia from multipotent progenitors of the central nervous system. Here we present evidence that activated Notch1 and Notch3 promotes the differentiation of astroglia from the rat adult hippocampus-derived multipotent progenitors (AHPs). Quantitative clonal analysis indicates that the action of Notch is likely to be instructive. Transient activation of Notch can direct commitment of AHPs irreversibly to astroglia. Astroglial induction by Notch signaling was shown to be independent of STAT3, which is a key regulatory transcriptional factor when ciliary neurotrophic factor (CNTF) induces astroglia. These data suggest that Notch provides a CNTF-independent instructive signal of astroglia differentiation in CNS multipotent progenitor cells.

Abstract How the intrinsic sequence structure of neonatal mouse pup ultrasonic vocalization (USV) and maternal experiences determine maternal behaviors in mice is poorly understood. Our previous work showed that pups with a Tbx1 heterozygous (HT) mutation, a genetic risk for autism spectrum disorder (ASD), emit altered call sequences that do not induce maternal approach behaviors in C57BL6/J mothers. Here, we tested how maternal approach behaviors induced by wild-type and HT USVs are influenced by the mother’s experience in raising pups of these two genotypes. The results showed that wild-type USVs were effective in inducing maternal approach behaviors when mothers raised wild-type but not HT pups. The USVs of HT pups were ineffective regardless of whether mothers raised HT or wild-type pups. However, the sequence structure of pup USVs had no effect on the general, non-directional incentive motivation of maternal behaviors. Our data show how the mother’s experience with a pup with a genetic risk for ASD alters the intrinsic incentive values of USV sequences in maternal approach behaviors.

Abstract Copy number variants (CNVs) have provided a reliable entry point to identify structural correlates of atypical cognitive development. Hemizygous deletion of human chromosome 22q11.2 is associated with impaired cognitive function; however, the mechanisms by which numerous genes encoded in this CNV contribute to cognitive deficits via diverse structural alterations in the brain remain unclear. This study aimed to determine the cellular basis of the link between alterations in brain structure and cognitive functions in a mouse model. The heterozygosity of Tbx1, a 22q11.2 gene, altered the composition of myelinated axons in the fimbria, reduced oligodendrocyte production capacity, and slowed the acquisition of spatial memory and cognitive flexibility. Our findings provide a cellular basis for specific cognitive dysfunctions that occur in patients with loss-of-function TBX1 variants and 22q11.2 hemizygous deletion. Teaser A risk gene for autism alters myelin composition in the hippocampal connection and slows cognitive speed.

Abstract Rare gene variants confer a high level of penetrance to neurodevelopmental disorders, but their developmental origin and cellular substrates remain poorly understood. To address this limitation, we explored the role of TBX1 , a gene encoded in a rare copy number variant, in cell and mouse models. Here, we report that neonatal Tbx1 deficiency contributes to defective peripubertal social behavior and impairs the proliferation of neonatal neural stem/progenitor cells. Moreover, TBX1 transcriptionally regulates genes linked to post-embryonic neurogenesis and neurodevelopmental disorders associated with other rare gene variants. Our data indicate a precise time window and cell type through which the social dimension is altered by a gene encoded in a rare CNV and provide a potential common mechanistic basis for a group of neurodevelopmental disorders. One-Sentence Summary Tbx1 , a gene affecting neonatal stem cell proliferation, influences peripubertal social behavior.