Proper patterning and growth of oral structures including teeth, tongue, and palate rely on epithelial–mesenchymal interactions involving coordinated regulation of signal transduction. Understanding molecular mechanisms underpinning oral–facial development will provide novel insights into the etiology of common congenital defects such as cleft palate. In this study, we report that ablating Wnt signaling in the oral epithelium blocks the formation of palatal rugae, which are a set of specialized ectodermal appendages serving as Shh signaling centers during development and niches for sensory cells and possibly neural crest related stem cells in adults. Lack of rugae is also associated with retarded anteroposterior extension of the hard palate and precocious mid-line fusion. These data implicate an obligatory role for canonical Wnt signaling in rugae development. Based on this complex phenotype, we propose that the sequential addition of rugae and its morphogen Shh, is intrinsically coupled to the elongation of the hard palate, and is critical for modulating the growth orientation of palatal shelves. In addition, we observe a unique cleft palate phenotype at the anterior end of the secondary palate, which is likely caused by the severely underdeveloped primary palate in these mutants. Last but not least, we also discover that both Wnt and Shh signalings are essential for tongue development. We provide genetic evidence that disruption of either signaling pathway results in severe microglossia. Altogether, we demonstrate a dynamic role for Wnt-β-Catenin signaling in the development of the oral apparatus.

Summary Developmental exposure to diethylstilbestrol (DES) causes reproductive tract malformations, affects fertility and increases the risk of clear cell carcinoma of the vagina and cervix in humans. Previous studies on a well-established mouse DES model demonstrated that it recapitulates many features of the human syndrome, yet the underlying molecular mechanism is far from clear. Using the neonatal DES mouse model, the present study uses global transcript profiling to systematically explore early gene expression changes in individual epithelial and mesenchymal compartments of the neonatal uterus. Over 900 genes show differential expression upon DES treatment in either one or both tissue layers. Interestingly, multiple components of the Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARγ)-mediated adipogenic/lipid metabolic pathway, including PPARγ itself, are targets of DES in the neonatal uterus. TEM and Oil Red O staining further demonstrate a dramatic increase in lipid deposition in the uterine epithelial cells upon DES exposure. Neonatal DES exposure also perturbs glucose homeostasis in the uterine epithelium. Some of these neonatal DES-induced metabolic changes appear to last into adulthood, suggesting a permanent effect of DES on energy metabolism in uterine epithelial cells. This study extends the list of biological processes that can be regulated by estrogen or DES, and provides a novel perspective for endocrine disruptor induced reproductive abnormalities.

The fate of mouse uterine epithelial progenitor cells is determined between postnatal days 5 to 7. Around this critical time window, exposure to an endocrine disruptor, diethylstilbestrol (DES), can profoundly alter uterine cytodifferentiation. We have shown previously that a homeo domain transcription factor MSX-2 plays an important role in DES-responsiveness in the female reproductive tract (FRT). Mutant FRTs exhibited a much more severe phenotype when treated with DES, accompanied by gene expression changes that are dependent on Msx2. To better understand the role that MSX-2 plays in uterine response to DES, we performed global gene expression profiling experiment in mice lacking Msx2 By comparing this result to our previously published microarray data performed on wild-type mice, we extracted common and differentially regulated genes in the two genotypes. In so doing, we identified potential downstream targets of MSX-2, as well as genes whose regulation by DES is modulated through MSX-2. Discovery of these genes will lead to a better understanding of how DES, and possibly other endocrine disruptors, affects reproductive organ development.

Abstract Spermatozoa are one of the few mammalian cells types that cannot be fully derived in vitro , severely limiting the application of modern genomic techniques to study germ cell biology. The current gold standard approach of characterizing single gene knockout mice is slow as generation of each mutant line can take 6-9 months. Here, we describe an in vivo approach to rapid functional screening of germline genes based on a new non-surgical, non-viral in vivo transfection method to deliver nucleic acids into testicular germ cells. By coupling multiplex transfection of short hairpin RNA constructs with pooled amplicon sequencing as a readout, we were able to screen many genes for spermatogenesis function in a quick and inexpensive experiment. We transfected nine mouse testes with a pilot pool of RNAi against well-characterized genes to show that this system is highly reproducible and accurate. With a false negative rate of 18% and a false positive rate of 12%, this method has similar performance as other RNAi screens in the well-described Drosophila model system. In a separate experiment, we screened 26 uncharacterized genes computationally predicted to be essential for spermatogenesis and found numerous candidates for follow up studies. Further, by characterizing the effect of both libraries on neuronal N2a cells, we show that our screening results from testis are tissue-specific. Our calculations indicate that the current implementation of this approach could be used to screen thousands of protein-coding genes simultaneously in a single mouse testis. The experimental protocols and analysis scripts provided will enable other groups to use this procedure to study diverse aspects of germ cell biology ranging from epigenetics to cell physiology. This approach also has great promise as an applied tool for validating diagnoses made from medical genome sequencing, or designing synthetic biological sequences that act as potent and highly specific male contraceptives.

Fucoidan has shown better effects on the improvement of acute ulcerative colitis (UC). However, the specific mechanisms by which fucoidan improves UC-related behavioral disorders in aged mice, especially its effect on the gut–brain axis, remain to be further explored. C57BL/6 male mice aged 8 months were gavaged with 400 or 100 mg/kg bw day fucoidan for five consecutive weeks, with UC being induced by ad libitum to dextran sulfate sodium (DSS) solution in the fifth week. The results showed that fucoidan ameliorated UC and accompanying anxiety- and depressive-like behaviors with downregulated expressions of (NOD)-like receptor family and pyrin domain-containing 3 (NLRP3), apoptosis-associated speck-like protein (ASC), cysteine aspartate-specific protease-1 (Caspase-1) and interlekin-1β (IL-1β), and elevated mRNA levels of brain-derived neurotrophic factor (Bdnf) and postsynaptic-density protein 95 (Psd-95) in cortex and hippocampus. Furthermore, fucoidan improved the permeability of intestinal barrier and blood-brain barrier and restored the abnormal structure of the gut microbiota with a significantly decreased ratio of Firmicutes to Bacteroidota (F/B) and obviously increased abundance of Akkermansia. As a diet-derived bioactive ingredient, fucoidan might be a better alternative for the prevention of UC and accompanying anxiety- and depressive-like behaviors.