Background & Aim: Chemotherapy drugs harm rapidly dividing normal healthy cells such as those lining the gastrointestinal tract, causing morbidity and mortality that complicates medical treatment modalities. Growth Factor-Independent 1 (GFI1) is a zinc finger transcriptional repressor implicated in the differentiation of secretory precursors into Paneth and goblet cells in the intestinal epithelium. We hypothesize that stimulating the reversion of Gfi1+ secretory cells into stem cells will improve intestinal epithelial regeneration and mitigate injury. Methods: Gfi1 reporter mice (Gfi1cre/+; ROSA26LSL-YFP) were treated with Doxorubicin, radiation, anti-CD3 antibody, and rotavirus to induce intestinal injury. Mice and intestinal organoids (enteroids) were used to investigate cellular repair mechanisms following injury. Results: Under homeostatic conditions, Gfi1-lineage cells are Paneth and goblet cells, which were non-proliferative and not part of the stem cell pool. After injury, Gfi1+ secretory cells can re-enter the cell cycle and give rise to all cell lineages of the intestinal epithelium including stem cells. Reversion of Gfi1-lineage cells was observed in other injury model systems, including irradiation and anti-CD3 treatment, but not in ISC-sparing rotavirus infection. Our results also demonstrated that PI3kinase/AKT activation improved cell survival, and elevated WNT signaling increased the efficiency of Gfi1+ cell reversion upon injury. Conclusions: These findings indicate that Gfi1+ secretory cells display plasticity and reacquire stemness following severe damage. Moreover, PI3kinase/AKT and WNT are key regulators involved in injury-induced regeneration. Our studies identified potential therapeutic intervention strategies to mitigate the adverse effects of chemotherapy-induced damage to normal tissues and improve the overall effectiveness of cancer chemotherapy.

Animal embryogenesis requires a precise coordination between morphogenesis and cell fate specification. It is unclear if there are mechanisms that prevent uncoupling of these processes to ensure robust development. During mesoderm induction, mesodermal fate acquisition is tightly coordinated with the morphogenetic process of epithelial to mesenchymal transition (EMT). In zebrafish, cells exist transiently in a partial EMT state during mesoderm induction. Here we show that cells expressing the neural inducing transcription factor Sox2 are held in the partial EMT state, stopping them from completing the EMT and joining the mesodermal territory. This is critical for preventing ectopic neural tissue from forming. The mechanism involves specific interactions between Sox2 and the mesoderm inducing canonical Wnt signaling pathway. When Wnt signaling is inhibited in Sox2 expressing cells trapped in the partial EMT, cells are now able to exit into the mesodermal territory, but form an ectopic spinal cord instead of mesoderm. Our work identifies a critical developmental checkpoint that ensures that morphogenetic movements establishing the mesodermal germ layer are accompanied by robust mesodermal cell fate acquisition.

Abstract Early diagnosis of acute myeloid leukemia (AML) in the pre-leukemic stage remains a clinical challenge, as pre-leukemic patients show no symptoms, lacking any known morphological or numerical abnormalities in blood cells. Here, we demonstrate that platelets with structurally abnormal mitochondria emerge at the pre-leukemic phase of AML, preceding detectable changes in blood cell counts or detection of leukemic blasts in blood. We visualized frozen-hydrated platelets from mice at different time points during AML development in situ using electron cryo-tomography (cryo-ET) and identified intracellular organelles through an unbiased semi-automatic process followed by quantitative measurement. A large proportion of platelets exhibited changes in the overall shape and depletion of organelles in AML. Notably, 23% of platelets in pre-leukemic cells exhibit abnormal, round mitochondria with unfolded cristae, accompanied by a significant drop in ATP levels and altered expression of metabolism-related gene signatures. Our study demonstrates that detectable structural changes in pre-leukemic platelets may serve as a biomarker for the early diagnosis of AML.