We have established a line of transgenic mice expressing the A. victoria green fluorescent protein (GFP) under the control of the promoter for vascular endothelial growth factor (VEGF). Mice bearing the transgene show green cellular fluorescence around the healing margins and throughout the granulation tissue of superficial ulcerative wounds. Implantation of solid tumors in the transgenic mice leads to an accumulation of green fluorescence resulting from tumor induction of host VEGF promoter activity. With time, the fluorescent cells invade the tumor and can be seen throughout the tumor mass. Spontaneous mammary tumors induced by oncogene expression in the VEGF-GFP mouse show strong stromal, but not tumor, expression of GFP. In both wound and tumor models the predominant GFP-positive cells are fibroblasts. The finding that the VEGF promoter of nontransformed cells is strongly activated by the tumor microenvironment points to a need to analyze and understand stromal cell collaboration in tumor angiogenesis.

During endochondral bone development, the first osteoblasts differentiate in the perichondrium surrounding avascular cartilaginous rudiments; the source of trabecular osteoblasts inside the later bone is, however, unknown. Here, we generated tamoxifen-inducible transgenic mice bred to Rosa26R-LacZ reporter mice to follow the fates of stage-selective subsets of osteoblast lineage cells. Pulse-chase studies showed that osterix-expressing osteoblast precursors, labeled in the perichondrium prior to vascular invasion of the cartilage, give rise to trabecular osteoblasts, osteocytes, and stromal cells inside the developing bone. Throughout the translocation, some precursors were found to intimately associate with invading blood vessels, in pericyte-like fashion. A similar coinvasion occurs during endochondral healing of bone fractures. In contrast, perichondrial mature osteoblasts did not exhibit perivascular localization and remained in the outer cortex of developing bones. These findings reveal the specific involvement of immature osteoblast precursors in the coupled vascular and osteogenic transformation essential to endochondral bone development and repair.

How adult tissue stem and niche cells respond to the nutritional state of an organism is not well understood. Here we find that Paneth cells, a key constituent of the mammalian intestinal stem-cell (ISC) niche, augment stem-cell function in response to calorie restriction. Calorie restriction acts by reducing mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1) signalling in Paneth cells, and the ISC-enhancing effects of calorie restriction can be mimicked by rapamycin. Calorie intake regulates mTORC1 in Paneth cells, but not ISCs, and forced activation of mTORC1 in Paneth cells during calorie restriction abolishes the ISC-augmenting effects of the niche. Finally, increased expression of bone stromal antigen 1 (Bst1) in Paneth cells—an ectoenzyme that produces the paracrine factor cyclic ADP ribose—mediates the effects of calorie restriction and rapamycin on ISC function. Our findings establish that mTORC1 non-cell-autonomously regulates stem-cell self-renewal, and highlight a significant role of the mammalian intestinal niche in coupling stem-cell function to organismal physiology. In the mouse intestine, calorie restriction enhances the regenerative capacity of intestinal stem cells by reducing mTORC1 signalling in their Paneth cell niche. Reducing caloric intake while maintaining adequate nutrition extends lifespan in diverse organisms, possibly by preserving stem- and progenitor-cell function. David Sabatini and colleagues show that in the mouse intestine, caloric restriction leads to an increased number of intestinal stem cells (ISC) with enhanced regenerative capacity. The effects are mediated by modulation of mTOR signalling in Paneth cells, important components of the ISC niche. Caloric restriction leads to the expression of the Bst1 gene in Paneth cells and subsequent secretion of cyclic ADP ribose, which acts on ISCs in a paracrine manner. These findings demonstrate a link between the stem-cell function and the nutritional status of an organism, and raise the possibility that mTORC1 inhibitors or Bst1 mimetics may have therapeutic application in improving intestinal regeneration and function.

The MiT/TFE family of transcription factors is found to coordinate constitutive activation of autophagy and lysosome biogenesis to drive the metabolic programming and malignant growth of pancreatic cancer. Various cancers including pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) are known to depend on high levels of autophagy, the highly conserved self-degradative process required in normal cells for nutrient scavenging and quality control activities. Here Rushika Perera et al. describe a previously unknown link between cellular stress and autophagy leading to altered cell metabolism in pancreatic cancer. They show that aberrant expression and constitutive activation of the MiT/TFE family transcription factors mediates metabolic reprogramming through greatly enhanced autophagy–lysosomal function in human PDA specimens and cell lines. These findings identify lysosome regulation as a focus for nutrient utilization and energy homeostasis in cancer cells. Activation of cellular stress response pathways to maintain metabolic homeostasis is emerging as a critical growth and survival mechanism in many cancers1. The pathogenesis of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) requires high levels of autophagy2,3,4, a conserved self-degradative process5. However, the regulatory circuits that activate autophagy and reprogram PDA cell metabolism are unknown. Here we show that autophagy induction in PDA occurs as part of a broader transcriptional program that coordinates activation of lysosome biogenesis and function, and nutrient scavenging, mediated by the MiT/TFE family of transcription factors. In human PDA cells, the MiT/TFE proteins6—MITF, TFE3 and TFEB—are decoupled from regulatory mechanisms that control their cytoplasmic retention. Increased nuclear import in turn drives the expression of a coherent network of genes that induce high levels of lysosomal catabolic function essential for PDA growth. Unbiased global metabolite profiling reveals that MiT/TFE-dependent autophagy–lysosome activation is specifically required to maintain intracellular amino acid pools. These results identify the MiT/TFE proteins as master regulators of metabolic reprogramming in pancreatic cancer and demonstrate that transcriptional activation of clearance pathways converging on the lysosome is a novel hallmark of aggressive malignancy.

Human clinical trials in type 1 diabetes (T1D) patients using mesenchymal stem cells (MSC) are presently underway without prior validation in a mouse model for the disease. In response to this void, we characterized bone marrow-derived murine MSC for their ability to modulate immune responses in the context of T1D, as represented in NOD mice. In comparison to NOD mice, BALB/c-MSC mice were found to express higher levels of the negative costimulatory molecule PD-L1 and to promote a shift toward Th2-like responses in treated NOD mice. In addition, transfer of MSC from resistant strains (i.e., nonobese resistant mice or BALB/c), but not from NOD mice, delayed the onset of diabetes when administered to prediabetic NOD mice. The number of BALB/c-MSC trafficking to the pancreatic lymph nodes of NOD mice was higher than in NOD mice provided autologous NOD-MSC. Administration of BALB/c-MSC temporarily resulted in reversal of hyperglycemia in 90% of NOD mice (p = 0.002). Transfer of autologous NOD-MSC imparted no such therapeutic benefit. We also noted soft tissue and visceral tumors in NOD-MSC-treated mice, which were uniquely observed in this setting (i.e., no tumors were present with BALB/c- or nonobese resistant mice-MSC transfer). The importance of this observation remains to be explored in humans, as inbred mice such as NOD may be more susceptible to tumor formation. These data provide important preclinical data supporting the basis for further development of allogeneic MSC-based therapies for T1D and, potentially, for other autoimmune disorders.

Autoimmune pancreatitis (AIP) is a mass forming inflammatory pancreatobiliary-centric disease. Recent reports of multiorgan inflammatory mass forming lesions with increased numbers of IgG4 positive plasma cells suggest that AIP may have a systemic component. In this study, we explore the systemic nature of AIP, investigate the relevance of subtyping AIP, perform a systematic study of tissue IgG4 immunoperoxidase, and ultrastructurally evaluate the presence of immune complexes. Our study group consisted of 36 patients with AIP, 21 of whom underwent a Whipple procedure. On the basis of the pattern of inflammation, pancreatic involvement was subtyped as ductocentric (AIP-D) or lobulocentric (AIP-L). Extrapancreatic lesions included bile duct (n=3), salivary glands (n=3), lung (n=2), gallbladder (n=11), and kidney (n=4). Clinical and radiologic data was recorded. Immunohistochemistry for IgG4 was performed on both pancreatic and extrapancreatic tissues and the numbers of IgG4 positive plasma cells were semiquantitatively scored. A control cohort composed of pancreatic adenocarcinoma (n=19) and chronic pancreatitis-not otherwise specified (NOS) (n=14) was also evaluated. Eleven pancreatic specimens, including 2 cases of chronic pancreatitis-NOS and 4 kidneys were evaluated ultrastructurally. The pancreas, bile duct, gall bladder, salivary gland, kidney, and lung lesions were characterized by dense lymphoplasmacytic infiltrates with reactive fibroblasts and venulitis. IgG4 positive plasma cells were identified in all pancreatic and extrapancreatic lesions. The AIP cases showed significantly more pancreatic IgG4 positive plasma cells than chronic pancreatitis-NOS or adenocarcinoma (P=0.001). However, IgG4 positive cells were identified in 57.1% of chronic pancreatitis-NOS and 47.4% of ductal adenocarcinoma. Fifteen of 21 resected cases were classified as AIP-D, and 6 as AIP-L, the latter notably showing significantly more IgG4 positive plasma cells than the former (P=0.02). Additionally, clinical and radiologic differences emerged between the 2 groups. Ultrastructurally, electron dense deposits of immune complexes were identified in the basement membranes of 7 of the 9 AIP cases and in 3 of the 4 renal biopsies evaluated. AIP represents the pancreatic manifestation of a systemic autoimmune disease. Clinical and immunologic findings justify the recognition of pancreatic lobulocentric and ductocentric subtypes. Documentation of increased numbers of tissue IgG4 positive plasma cells, although not an entirely specific marker for AIP, may provide ancillary evidence for the diagnosis of a IgG4-related systemic disease.

Abstract Intermittent administration of parathyroid hormone (PTH) increases bone mass, at least in part, by increasing the number of osteoblasts. One possible source of osteoblasts might be conversion of inactive lining cells to osteoblasts, and indirect evidence is consistent with this hypothesis. To better understand the possible effect of PTH on lining cell activation, a lineage tracing study was conducted using an inducible gene system. Dmp1-CreERt2 mice were crossed with ROSA26R reporter mice to render targeted mature osteoblasts and their descendents, lining cells and osteocytes, detectable by 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-d-galactopyranoside (X-gal) staining. Dmp1-CreERt2(+):ROSA26R mice were injected with 0.25 mg 4-OH-tamoxifen (4-OHTam) on postnatal days 3, 5, 7, 14, and 21. The animals were euthanized on postnatal day 23, 33, or 43 (2, 12, or 22 days after the last 4-OHTam injection). On day 43, mice were challenged with a subcutaneous injection of human PTH (1–34, 80 µg/kg) or vehicle once daily for 3 days. By 22 days after the last 4-OHTam injection, most X-gal (+) cells on the periosteal surfaces of the calvaria and the tibia were flat. Moreover, bone formation rate and collagen I(α1) mRNA expression were decreased at day 43 compared to day 23. After 3 days of PTH injections, the thickness of X-gal (+) cells increased, as did their expression of osteocalcin and collagen I(α1) mRNA. Electron microscopy revealed X-gal–associated chromogen particles in thin cells prior to PTH administration and in cuboidal cells following PTH administration. These data support the hypothesis that intermittent PTH treatment can increase osteoblast number by converting lining cells to mature osteoblasts in vivo. © 2012 American Society for Bone and Mineral Research.

Author(s): Tan, W; Zakka, LR; Gao, L; Wang, J; Zhou, F; Selig, MK; Anvari, R; Sukanthanag, A; Wang, G; Mihm, MC; Nelson, JS

Abstract Megakaryocytes (MKs) are precursors to platelets, the second most abundant cells in the peripheral circulation. However, while platelets are known participate in immune responses and play significant roles during infections, the role of MKs within the immune system has not been explored. Here we utilize in vitro techniques to show that both cord blood-derived MKs (CB MKs) and MKs from a human megakaryoblastic leukemia cell line (Meg-01) chemotax towards pathogenic stimuli, phagocytose bacteria, and release chromatin webs in response to bacteria. Moreover, in patients with sepsis, we found that MK counts were significantly higher in the peripheral blood, and CD61 + staining was increased in the kidneys and lungs, correlated with the development of organ dysfunction. Overall, our study suggests that MK cells display basic innate immune cell functions and respond during infections and sepsis.