Abstract Keratinocyte proliferation and differentiation in epidermis are well-controlled and essential for reacting to stimuli such as ultraviolet light. Imbalance between proliferation and differentiation is a characteristic feature of major human skin diseases such as psoriasis and squamous cell carcinoma. However, the effect of keratinocyte metabolism on proliferation and differentiation remains largely elusive. We show here that the gluconeogenic enzyme fructose-1,6-bisphosphatase 1 (FBP1) promotes differentiation while inhibits proliferation of keratinocyte and suppresses psoriasis development. FBP1 is identified among the most upregulated genes induced by UVB using transcriptome sequencing and is elevated especially in upper epidermis. Fbp1 heterozygous mice exhibit aberrant epidermis phenotypes with local hyperplasia and dedifferentiation. Loss of FBP1 promotes proliferation and inhibits differentiation of keratinocytes in vitro. Mechanistically, FBP1 loss facilitates glycolysis-mediated acetyl-CoA production, which increases histone H3 acetylation at lysine 9, resulting in enhanced transcription of proliferation genes. We further find that the expression of FBP1 is dramatically reduced in human psoriatic lesions and in skin of mouse imiquimod psoriasis model. Fbp1 deficiency in mice facilitates psoriasis-like skin lesions development through glycolysis and acetyl-CoA production. Collectively, our findings reveal a previously unrecognized role of FBP1 in epidermal homeostasis and provide evidence for FBP1 as a metabolic psoriasis suppressor.

Abstract Human skeletal stem cells (SSCs) have been discovered in fetal and adult bones. However, the spatiotemporal ontogeny of human SSCs during embryogenesis has been elusive. Here we map the transcriptional landscape of human embryonic skeletogenesis at single-cell resolution to address this fundamental question. We found remarkable heterogeneity within human limb bud mesenchyme and epithelium, as well as the earliest osteo-chondrogenic progenitors. Importantly, embryonic SSCs (eSSCs) were found in the perichondrium of human long bones, which self-renew and generate osteochondral lineage cells, but not adipocytes or hematopoietic stroma. eSSCs are marked by the adhesion molecule CADM1 and highly enrich FOXP1/2 transcriptional network. Interestingly, neural crest-derived cells with similar phenotypic markers and transcriptional network were also found in the sagittal suture of human embryonic calvaria. Taken together, this study revealed the cellular heterogeneity and lineage hierarchy during human embryonic skeletogenesis, and identified distinct skeletal stem/progenitor cells that orchestrate endochondral and intramembranous ossification.

Abstract Background To investigate the long term effects of ionizing radiation (IR) on hematopoietic stem/progenitor cells (HSPCs), immune tissues and cells, and the effects of Siwu decoction (SWD) on immune senescence mice. Methods C57BL/6 J mice were exposed to 6.0 Gy 60 Co γ irradiation. After 8-weeks of IR, SWD (5, 10, 20 g/kg/d) was administered for 30 days. The changes of HSPCs in bone marrow (BM) and T, B type lymphocyte and natural killer (NK) cells in spleen were detected by flow cytometry. The changes of peripheral blood cells were also examined. Hematoxylin–eosin staining were used to detect the pathological lesions of hippocampus, spleen and thymus tissues. Absolute mouse telomere length quantification qPCR assay kit was used to measure the telomere length of BM cells. The expression of factors associated with inflammation and aging such as p16, β-galactosidase in spleen, thymus and BM was determined. Results Administration of SWD could increase the proportion of LSK (Lin−, Sca-1 + , c-Kit−), multipotent progenitor cells and multipotent progenitor cells and decrease the proportion of common myeloid progenitors and granulocyte–macrophage progenitors in BM. The proportion of B cells and NK cells in spleen and the content of white blood cells, red blood cells, hemoglobin, lymphocytes and eosinophils in peripheral blood were increased, at the same time, the proportion of neutrophils and monocytes was reduced by SWD. The pathological lesions of hippocampus, spleen and thymus were improved. The expression of p16 and β-galactosidase in spleen, thymus and BM was reduced and shortening of the telomere of BM cells was inhibited after administration. In addition, SWD could reduce the content of Janus activated kinase (JAK) 1, JAK2 and signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) in BM and spleen. Conclusions SWD could slow down IR-induced immune senescence by improving hematopoietic and immunologic injury. SWD might reduce the inflammation level of BM hematopoietic microenvironment by acting on JAK/STAT signaling pathway, while the immune damage of mice was improved by affecting the differentiation of HSPCs. The remission of hematopoietic and immunologic senescence was further demonstrated at the overall level. Graphical Abstract

Tracing the emergence of the first hematopoietic stem cells (HSCs) in human embryos, particularly the scarce and transient precursors thereof, is so far challenging, largely due to technical limitations and material rarity. Here, using single-cell RNA sequencing, we constructed the first genome-scale gene expression landscape covering the entire course of endothelial-to-HSC transition during human embryogenesis. The transcriptomically defined HSC-primed hemogenic endothelial cells (ECs) were captured at Carnegie stage 12-14 in an unbiased way, showing an unambiguous arterial EC feature with the up-regulation of RUNX1, MYB and ANGPT1. Importantly, subcategorizing CD34+CD45- ECs into CD44+ population strikingly enriched hemogenic ECs by over 10-fold. We further mapped the developmental path from arterial ECs via HSC-primed hemogenic ECs to hematopoietic stem progenitor cells, and revealed a distinct expression pattern of genes that were transiently over-represented upon the hemogenic fate choice of arterial ECs, including EMCN, PROCR and RUNX1T1. We also uncovered another temporally and molecularly distinct intra-embryonic hemogenic EC population, which was detected mainly at earlier CS 10 and lacked the arterial feature. Finally, we revealed the cellular components of the putative aortic niche and potential cellular interactions acting on the HSC-primed hemogenic ECs. The cellular and molecular programs and interactions that underlie the generation of the first HSCs from hemogenic ECs in human embryos, together with distinguishing HSC-primed hemogenic ECs from others, will shed light on the strategies for the production of clinically useful HSCs from pluripotent stem cells.

Achievement of immunocompetent and therapeutic T lymphopoiesis from pluripotent stem cells is a central aim in T cell regenerative medicine. To date, preferentially regenerating T lymphopoiesis in vivo from pluripotent stem cells (PSC) remains a practical challenge. Here we documented that synergistic and transient expression of Runx1 and Hoxa9 restricted in the time window of endothelial to hematopoietic transition and hematopoietic maturation stages induced in vitro from PSC (iR9-PSC) preferentially generated engraftable hematopoietic progenitors capable of homing to thymus and developing into mature T (iT) cells in primary and secondary immunodeficient recipients. Single-cell transcriptome and functional analyses illustrated the cellular trajectory of T lineage induction from PSC, unveiling the T-lineage specification determined at as early as hemogenic endothelial cell stage and identifying the bona fide pre-thymic progenitors. The iT cells distributed normally in central and peripheral lymphoid organs and exhibited abundant TCRαβ repertoire. The regenerative T lymphopoiesis rescued the immune-surveillance ability in immunodeficient mice. Furthermore, gene-edited iR9-PSC produced tumor-specific-T cells in vivo that effectively eradicated tumor cells. This study provides insight into universal generation of functional and therapeutic T lymphopoiesis from the unlimited and editable PSC source.