Thymus medulla epithelium establishes immune self-tolerance and comprises diverse cellular subsets. Functionally relevant medullary thymic epithelial cells (mTECs) include a self-antigen-displaying subset that exhibits genome-wide promiscuous gene expression promoted by the nuclear protein Aire and that resembles a mosaic of extrathymic cells including mucosal tuft cells. An additional mTEC subset produces the chemokine CCL21, thereby attracting positively selected thymocytes from the cortex to the medulla. Both self-antigen-displaying and thymocyte-attracting mTEC subsets are essential for self-tolerance. Here we identify a developmental pathway by which mTECs gain their diversity in functionally distinct subsets. We show that CCL21-expressing mTECs arise early during thymus ontogeny. Fate-mapping analysis reveals that self-antigen-displaying mTECs, including Aire-expressing mTECs and thymic tuft cells, are derived from CCL21-expressing cells. The differentiation capability of CCL21-expressing embryonic mTECs is verified in reaggregate thymus experiments. These results indicate that CCL21-expressing embryonic mTECs carry a developmental potential to give rise to self-antigen-displaying mTECs, revealing that the sequential conversion of thymocyte-attracting subset into self-antigen-displaying subset serves to assemble functional diversity in the thymus medulla epithelium.

Abstract Dysfunction of organelle is closely associated with neurological diseases involving disruption of adult neurogenesis. However, the role of the endoplasmic reticulum (ER)-related molecules in this process remains largely unexplored. Here we show that Derlin-1, an ER quality controller, maintains adult neurogenesis in a spatiotemporal manner. Deletion of Derlin-1 in the mouse central nervous system induces ectopic localization of newborn neurons and impairs neural stem cells (NSCs) transition from active to quiescent states, resulting in early depletion of hippocampal NSCs. As a result, Derlin-1- deficient mice exhibit phenotypes of increased seizure susceptibility and impaired cognitive function. Reduced expression of signal transducer and activator of transcription 5b (Stat5b) was found to be responsible for the impairment of adult neurogenesis in Derlin-1-deficient NSCs. Remarkably, the inhibition of histone deacetylase activity ameliorated seizure susceptibility and cognitive dysfunction in Derlin-1-deficient mice by increasing Stat5b expression and restoring abnormal neurogenesis. Overall, our findings demonstrate that Derlin-1, as its characteristic function, plays an essential role in the homeostasis of adult neurogenesis via Stat5b expression, thus regulating seizure susceptibility and cognitive function.