Abstract Background Bulk cancer and minimal residual disease (MRD) are characterised by different molecular drivers and therefore necessitate different therapeutic strategies. However, there are currently no 3D models that can faithfully recapitulate MRD ex vivo for therapy development. Methods A microfluidic technique was implemented to construct 3D microtumours, in which tumour cells, either by themselves or with fibroblasts, were encapsulated in viscous hydrogels. The 3D microtumours were analysed for their response to first-line chemotherapeutics and characterised through RNA-Seq, by comparing them to both 2D cultures and clinical samples. Results Our microfluidic platform guarantees the fabrication of 3D microtumours of tailorable size and cell content, which recreate key features of tumours such as hypoxia, characteristic organization of the cytoskeleton and a dose-response to chemotherapeutics close to the physiological range. The 3D microtumours were also used to examine non-genetic heterogeneity in ovarian cancer and could fully reflect the recently described “Oxford Classic” five molecular signatures. The gene expression profile of 3D microtumours following chemotherapy treatment closely resembled that of MRD in ovarian cancer patients, showing the upregulation of genes involved in fatty acid metabolism. We demonstrate that these 3D microtumours are ideal for drug development by showing how they support the identification of a promising inhibitor of fatty acid oxidation, perhexiline, which specifically targets chemotherapy-resistant MRD ovarian cancer cells and not bulk cancer cells. Conclusion We have obtained the first 3D model of ovarian cancer MRD by using microtumours generated through microfluidics. This system is ideal for high-throughput drug screening and, given its versatility, it can be readily extended to additional types of cancer, as well as accommodate multiple cell types to generate complex tumour microenvironments.

The inter-differentiation between cell states promotes cancer cell survival under stress and fosters non-genetic heterogeneity (NGH). NGH is, therefore, a surrogate of tumor resilience but its quantification is confounded by genetic heterogeneity. Here we show that NGH can be accurately measured when informed by the molecular signatures of the normal cells of origin. We surveyed the transcriptomes of ~ 4000 normal fallopian tube epithelial (FTE) cells, the cells of origin of serous ovarian cancer (SOC), and identified six FTE subtypes. We used subtype signatures to deconvolute SOC expression data and found substantial intra-tumor NGH that was previously unrecognized. Importantly, NGH-based stratification of ~1700 tumors robustly predicted survival. Our findings lay the foundation for accurate prognostic and therapeutic stratification of SOC.

Abstract CRISPR-Cas9 genome engineering has revolutionised all aspects of biological research, with epigenome engineering transforming gene regulation studies. Here, we present a highly efficient toolkit enabling genome and epigenome engineering in the chicken embryo, and demonstrate its utility by probing gene regulatory interactions mediated by neural crest enhancers. First, we optimise efficient guide-RNA expression from novel chick U6-mini-vectors, provide a strategy for rapid somatic gene knockout and establish protocol for evaluation of mutational penetrance by targeted next generation sequencing. We show that CRISPR/Cas9-mediated disruption of transcription factors causes a reduction in their cognate enhancer-driven reporter activity. Next, we assess endogenous enhancer function using both enhancer deletion and nuclease-deficient Cas9 (dCas9) effector fusions to modulate enhancer chromatin landscape, thus providing the first report of epigenome engineering in a developing embryo. Finally, we use the synergistic activation mediator (SAM) system to activate an endogenous target promoter. The novel genome and epigenome engineering toolkit developed here enables manipulation of endogenous gene expression and enhancer activity in chicken embryos, facilitating high-resolution analysis of gene regulatory interactions in vivo . Summary Statement We present an optimised toolkit for efficient genome and epigenome engineering using CRISPR in chicken embryos, with a particular focus on probing gene regulatory interactions during neural crest development. List of Abbreviations Genome Engineering (GE), Epigenome Engineering (EGE), single guide RNA (sgRNA), Neural Crest (NC), Transcription Factor (TF), Next Generation Sequencing (NGS), somite stage (ss), Hamburger Hamilton (HH).

Despite its significance to reproduction, fertility, sexually transmitted infections and various pathologies, the fallopian tube (FT) is relatively understudied. Strong evidence points to the FT as the tissue-of-origin of high grade serous ovarian cancer (HGSOC), the most fatal gynaecological malignancy. HGSOC precursor lesions arise specifically in the distal FT (fimbria) which is reported to be enriched in stem-like cells. Investigation of the role of FT stem cells in health and disease has been hampered by a lack of characterization of FT stem cells and lack of models that recapitulate stem cell renewal and differentiation in vitro . Using optimized organoid culture conditions to address these limitations, we found that FT stem cell renewal is highly dependent on WNT/β-catenin signaling and engineered endogenous WNT/β-catenin signaling reporter organoids to biomark, isolate and characterize putative FT stem cells. Using functional approaches as well as bulk and single cell transcriptomic analyses, we show that an endogenous hormonally-regulated WNT7A-FZD5 signaling axis is critical for self-renewal of human FT stem cells, and that WNT/β-catenin pathway-activated FT cells form a distinct transcriptomic cluster of cells enriched in ECM remodelling and integrin signaling pathways. In addition, we find that the WNT7A-FZD5 signaling axis is dispensable for mouse oviduct regeneration. Overall, we provide a deep characterization of FT stem cells and their molecular requirements for self-renewal, paving the way for mechanistic work investigating the role of stem cells in FT health and disease. GRAPHICAL ABSTRACT