Summary

 Hematopoietic stem cells (HSCs) and their lympho-hematopoietic progeny are supported by microenvironmental niches within bone marrow; however, the identity, nature, and function of these niches remain unclear. Short-term ablation of CXC chemokine ligand (CXCL)12-abundant reticular (CAR) cells in vivo did not affect the candidate niches, bone-lining osteoblasts, or endothelial cells but severely impaired the adipogenic and osteogenic differentiation potential of marrow cells and production of the cytokines SCF and CXCL12 and led to a marked reduction in cycling lymphoid and erythroid progenitors. HSCs from CAR cell-depleted mice were reduced in number and cell size, were more quiescent, and had increased expression of early myeloid selector genes, similar to the phenotype of wild-type HSCs cultured without a niche. Thus, the niche composed of adipo-osteogenic progenitors is required for proliferation of HSCs and lymphoid and erythroid progenitors, as well as maintenance of HSCs in an undifferentiated state.

The mouse Dmc1 gene is an E. coli RecA homolog that is specifically expressed in meiosis. The DMC1 protein was detected in leptotene-to-zygotene spermatocytes, when homolog pairing likely initiates. Targeted gene disruption in the male mouse showed an arrest of meiosis of germ cells at the early zygotene stage, followed by apoptosis. In female mice lacking the Dmc1 gene, normal differentiation of oogenesis was aborted in embryos, and germ cells disappeared in the adult ovary. Meiotic chromosome analysis of Dmc1-deficient mouse spermatocytes revealed random spread of univalent axial elements without correct pairing between homologs. In rare cases, however, we observed complex pairing among nonhomologs. Thus, the mouse Dmc1 gene is required for homologous synapsis of chromosomes in meiosis.

Host-defense mechanisms against transposable elements are critical to protect the genome information. Here we show that tudor-domain containing 9 (Tdrd9) is essential for silencing Line-1 retrotransposon in the mouse male germline. Tdrd9 encodes an ATPase/DExH-type helicase, and its mutation causes male sterility showing meiotic failure. In Tdrd9 mutants, Line-1 was highly activated and piwi-interacting small RNAs (piRNAs) corresponding to Line-1 were increased, suggesting that feedforward amplification operates in the mutant. In fetal testes, Tdrd9 mutation causes Line-1 desilencing and an aberrant piRNA profile in prospermatogonia, followed by cognate DNA demethylation. TDRD9 complexes with MIWI2 with distinct compartmentalization in processing bodies, and this TDRD9-MIWI2 localization is regulated by MILI and TDRD1 residing at intermitochondrial cement. Our results identify TDRD9 as a functional partner of MIWI2 and indicate that the tudor-piwi association is a conserved feature, while two separate axes, TDRD9-MIWI2 and TDRD1-MILI, cooperate nonredundantly in the piwi-small RNA pathway in the mouse male germline.

Fibrocartilaginous entheses consist of tendons, unmineralized and mineralized fibrocartilage, and subchondral bone, each exhibiting varying stiffness. Here we examined the functional role of sclerostin, expressed in mature mineralized fibrochondrocytes. Following rapid mineralization of unmineralized fibrocartilage and concurrent replacement of epiphyseal hyaline cartilage by bone, unmineralized fibrocartilage reexpanded after a decline in alkaline phosphatase activity at the mineralization front. Sclerostin was co-expressed with osteocalcin at the base of mineralized fibrocartilage adjacent to subchondral bone. In Scx -deficient mice with less mechanical loading due to defects of the Achilles tendon, sclerostin + fibrochondrocyte count significantly decreased in the defective enthesis where chondrocyte maturation was markedly impaired in both fibrocartilage and hyaline cartilage. Loss of the Sost gene, encoding sclerostin, elevated mineral density in mineralized zones of fibrocartilaginous entheses. Atomic force microscopy analysis revealed increased fibrocartilage stiffness. These lines of evidence suggest that sclerostin in mature mineralized fibrochondrocytes acts as a modulator for mechanical tissue integrity of fibrocartilaginous entheses.

Abstract In mammals, circadian clocks are strictly suppressed during early embryonic stages as well as pluripotent stem cells, by the lack of CLOCK/BMAL1 mediated circadian feedback loops. During ontogenesis, the innate circadian clocks emerge gradually at a late developmental stage, then, with which the circadian temporal order is invested in each cell level throughout a body. Meanwhile, in the early developmental stage, a segmented body plan is essential for an intact developmental process and somitogenesis is controlled by another cell-autonomous oscillator, the segmentation clock, in the posterior presomitic mesoderm (PSM). In the present study, focusing upon the interaction between circadian key components and the segmentation clock, we investigated the effect of the CLOCK/BMAL1 on the segmentation clock Hes7 oscillation, revealing that the expression of functional CLOCK/BMAL1 severely interferes with the ultradian rhythm of segmentation clock in induced PSM and gastruloids. RNA sequencing analysis showed that the premature expression of CLOCK/BMAL1 affects the Hes7 transcription and its regulatory pathways. These results suggest that the suppression of CLOCK/BMAL1-mediated transcriptional regulation during the somitogenesis may be inevitable for intact mammalian development.

Abstract The development of haematopoiesis involves the coordinated action of numerous genes, some of which are implicated in haematological malignancies. However, the biological function of many genes remains elusive and unknown functional genes are likely to remain to be uncovered. Here, we report a previously uncharacterised gene in haematopoiesis, identified by screening mutant embryonic stem cells. The gene, ‘ attenuated haematopoietic development ( Ahed )’, encodes a nuclear protein. Conditional knockout (cKO) of Ahed results in anaemia from embryonic day 14.5 onward, leading to prenatal demise. Transplantation experiments demonstrate the incapacity of Ahed -deficient haematopoietic cells to reconstitute haematopoiesis in vivo. Employing a tamoxifen-inducible cKO model, we further reveal that Ahed deletion impairs the intrinsic capacity of haematopoietic cells in adult mice. Ahed deletion affects various pathways, and published databases present cancer patients with somatic mutations in Ahed . Collectively, our findings underscore the fundamental roles of Ahed in lifelong haematopoiesis, implicating its association with malignancies.

Abstract The IL-7R regulates the homeostasis, activation, and distribution of T cells in peripheral tissues. Although several transcriptional enhancers that regulate IL-7Rα expression in αβ T cells have been identified, enhancers active in γδ T cells remain unknown. In this article, we discovered an evolutionarily conserved noncoding sequence (CNS) in intron 2 of the IL-7Rα-chain (IL-7Rα) locus and named this region CNS9. CNS9 contained a conserved retinoic acid receptor-related orphan receptor (ROR)–responsive element (RORE) and exerted RORγt-dependent enhancer activity in vitro. Mice harboring point mutations in the RORE in CNS9 (CNS9-RORmut) showed reduced IL-7Rα expression in IL-17–producing Vγ4+ γδ T cells. In addition, the cell number and IL-17A production of Vγ4+ γδ T cells were reduced in the adipose tissue of CNS9-RORmut mice. Consistent with the reduction in IL-17A, CNS9-RORmut mice exhibited decreased IL-33 expression in the adipose tissue, resulting in fewer regulatory T cells and glucose intolerance. The CNS9-ROR motif was partially responsible for IL-7Rα expression in RORγt+ regulatory T cells, whereas IL-7Rα expression was unaffected in RORγt-expressing Vγ2+ γδ T cells, Th17 cells, type 3 innate lymphoid cells, and invariant NKT cells. Our results indicate that CNS9 is a RORΕ-dependent, Vγ4+ γδ T cell–specific IL-7Rα enhancer that plays a critical role in adipose tissue homeostasis via regulatory T cells, suggesting that the evolutionarily conserved RORΕ in IL-7Rα intron 2 may influence the incidence of type 2 diabetes.

SUMMARY Naive and primed states are distinct states of pluripotency during early embryonic development that can be captured and converted to each other in vitro . To elucidate the regulatory mechanism of pluripotency, we performed a recessive genetic screen of homozygous mutant mouse embryonic stem cells (mESCs) and found that suppression of N -myristoyltransferase (Nmt) promotes naive pluripotency. Disruption of Nmt1 in mESCs conferred resistance to differentiation. Suppression of Nmt in mouse epiblast stem cells (mEpiSCs) promoted the conversion from the primed to the naive state. This effect was independent of Src, which is a major substrate of Nmt and is known to promote differentiation of mESCs. Suppression of Nmt in naive-state human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) increased the expression of the naive-state marker. These results indicate that Nmt is a novel target for the regulation of naive pluripotency conserved between mice and humans.

ABSTRACT Fibrocartilaginous entheses consist of four graded tissue layers including tendon, the unmineralized and mineralized fibrocartilage, and subchondral bone with varying degrees of stiffness. Here we examined the functional role of sclerostin that is expressed in mature mineralized fibrochondrocytes. Following rapid mineralization of the unmineralized fibrocartilage and parallel replacement of epiphyseal hyaline cartilage by bone, the unmineralized fibrocartilage re-expanded after a decline in alkaline phosphatase activity at the mineralization front. Sclerostin was co-expressed with osteocalcin in the bottom of the mineralized fibrocartilage adjacent to subchondral bone. In Scx deficient mice with less mechanical loading due to defects of the Achilles tendon, the number of sclerostin + fibrochondrocytes was significantly reduced in the defective enthesis where chondrocyte maturation was markedly impaired in both fibrocartilage and hyaline cartilage. Loss of the Sost gene, coding for sclerostin, caused increased mineral density in the mineralized zones of the fibrocartilaginous enthesis. Atomic force microscopy analysis revealed the higher stiffness of fibrocartilage. These lines of evidence suggest that sclerostin in mature mineralized fibrochondrocytes acts as a modulator for mechanical tissue integrity of the fibrocartilaginous enthesis.