Abstract Colony stimulating factor 1 (Csf1) is an essential growth factor for osteoclast progenitors and thus an important regulator for bone resorption. It remains elusive which mesenchymal cells synthesize Csf1 stimulating osteoclastogenesis. We recently identified a novel mesenchymal cell population, marrow adipogenic lineage precursors (MALPs), in bone. Single cell RNA- sequencing indicated specific expression of Csf1 in MALPs, which is further increased during aging. To investigate its role, we constructed Csf1 CKO mice using Adipoq-Cre . These mice showed increased femoral trabecular bone over time, but their cortical bone appeared normal. In comparison, depletion of Csf1 in the entire mesenchymal lineage using Prx1-Cre led to a more striking high bone mass phenotype, suggesting that additional mesenchymal subpopulations secrete Csf1. TRAP staining revealed diminished osteoclasts in the femoral secondary spongiosa region of Csf1 CKO Adipoq mice, but not at the chondral-osseous junction nor at the endosteal surface of cortical bone. Moreover, Csf1 CKO Adipoq mice were resistant to LPS-induced calvarial osteolysis. Bone marrow cellularity, hematopoietic progenitors, and macrophages were also reduced in these mice. Taken together, our studies demonstrate that MALPs are a critical player in controlling bone remodeling and hematopoiesis.

Abstract Biogenesis of organelles requires targeting of a subset of proteins to specific subcellular domains by signal peptides or mechanisms controlling mRNA localization and local translation. How local distribution and translation of specific mRNAs for organelle biogenesis is achieved remains elusive and likely to be dependent on the cellular context. Here we identify Trinucleotide repeat containing-6a ( Tnrc6a) , a component of the miRNA pathway, distinctively localized to apical granules of differentiating airway multiciliated cells (MCCs) adjacent to centrioles. In spite of being enriched in TNRC6A and the miRNA-binding protein AGO2, they lack enzymes for mRNA degradation. Instead, we found these apical granules enriched in components of the mRNA translation machinery and newly synthesized proteins suggesting that they are specific hubs for target mRNA localization and local translation in MCCs. Consistent with this, Tnrc6a loss of function prevented formation of these granules and led to a broad reduction, rather than stabilization of miRNA targets. These included downregulation of key genes involved in ciliogenesis and was associated with defective multicilia formation both in vivo and in primary airway epithelial cultures. Similar analysis of Tnrc6a disruption in yolk sac showed stabilization of miRNA targets, highlighting the potential diversity of these mechanisms across organs. Highlights Tnrc6a is expressed in the lung selectively in differentiating multiciliated cells (MCC) adjacent to centrioles. TNRC6A localizes to apical granules containing AGO2, miRNAs and their targets, but lacking mRNA degradation enzymes. TNRC6A granules are enriched in components of the mRNA translation machinery and show evidence of concentrated newly-synthesized proteins Loss of Tnrc6a in the lung leads to reduction, not stabilization of miRNA targets. Tnrc6a is required for efficient centriole amplification and multicilia formation.

Abstract Differences in ciliary morphology and dynamics among multiciliated cells of the respiratory tract have been well reported and known to contribute to efficient mucociliary clearance. Nevertheless, little is known about how phenotypic differences among multiciliated cells are established in the mammalian lung. Here we show that Prominin-1 (Prom1), a transmembrane protein widely used as stem cell and tumor-initiating marker, is crucial to this process. During airway differentiation, Prom1 becomes restricted to multiciliated cells, where it is expressed at distinct levels along the proximal-distal axis of the airways and in the adult airway epithelium in vitro. We found that Prom1 is induced by Notch in post-specified multiciliated cells and that Notch inactivation abolishes the gradients of Prom1 in the developing airways and in differentiating organotypic cultures. Prom1 was not required for multicilia formation and when inactivated resulted in longer cilia, which remained functional but beating at a lower frequency. Disruption of Notch resulted in opposite effects and suggested that Notch fine-tunes Prom1 levels to regulate the multiciliated cell phenotype and generate diversity among these cells in the respiratory tract. By controlling these features, this mechanism contributes to the innate defense of the lung against environmental agents and prevent pulmonary disease. Significance Statement Multiciliated cells are integral components of the epithelia from a variety of organs. In the respiratory tract they are crucial for mucociliary clearance, a first line of defense against environmental agents and microorganisms. Regional differences in ciliary morphology and dynamics of multiciliated cells have been well described. However, little is known about the events generating phenotypical and functional differences among these cells in airways. Here we provide evidence of a novel mechanism in post-specified multiciliated progenitors whereby local Notch and Prom1 regulate ciliary length and ciliary beating to generate morphological and functional diversity among the multiciliated cells. The findings provide insights into the impact of these signals in maintaining the integrity and function of the airway epithelium, preventing pulmonary disease.