Abstract We present a novel method of targeted gene disruption that involves direct injection of recombinant Cas9 protein complexed with guide RNA into the gonad of the nematode Caenorhabditis elegans. Biallelic mutants were recovered among the F1 progeny, demonstrating the high efficiency of this method.

Intestinal stem cells (ISCs) are highly vulnerable to damage, being in a constant state of proliferation. Reserve stem cells repair the intestinal epithelium following damage-induced ablation of ISCs. Here, we report that the epigenetic regulator plant homology domain (PHD) finger protein 16 (PHF16) restores homeostasis of the intestinal epithelium after initial damage-induced repair. In Phf16−/Y mice, revival stem cells (revSCs) showed defects in exiting the regenerative state, and intestinal crypt regeneration failed even though revSCs were still induced in response to tissue damage, as observed by single-cell RNA sequencing (scRNA-seq). Analysis of Phf16−/Y intestinal organoids by RNA sequencing (RNA-seq) and ATAC sequencing identified that PHF16 restores homeostasis of the intestinal epithelium by inducing retinoic acid receptor (RAR)/retinoic X receptor (RXR) target genes through HBO1-mediated histone H3K14 acetylation, while at the same time counteracting YAP/TAZ activity by ubiquitination of CDC73. Together, our findings demonstrate the importance of timely suppression of regenerative activity by PHF16 for the restoration of gut homeostasis after acute tissue injury.

Abstract Image-based lineage tracing enables tissue turnover kinetics and lineage potentials of different adult cell populations to be investigated. Previously, we reported a genetic mouse model system, Red2Onco , which ectopically expressed mutated oncogenes together with red fluorescent proteins (RFP). This system enabled the expansion kinetics and neighboring effects of oncogenic clones to be dissected. We now report Red2Flpe-SCON: a mosaic knockout system that uses multicolor reporters to label both mutant and wild-type cells. We develop the Red2Flpe mouse line for red clone-specific Flpe expression, as well as the FRT-based SCON ( S hort C onditional Intr ON ) method to facilitate tunable conditional mosaic knockouts in mice. We use the Red2Flpe-SCON method to study Sox2 mutant clonal analysis in the esophageal epithelium of adult mice which reveal that the stem cell gene, Sox2, is less essential for adult stem cell maintenance itself, but rather for stem cell proliferation and differentiation.

Abstract The mammalian intestine is one of the most rapidly self-renewing tissues, driven by actively cycling stem cells residing at the crypt bottom 1,2 . Together with stromal cells, Paneth cells form a major element of the niche microenvironment that provides various growth factors to orchestrate intestinal stem cell homeostasis, such as Wnt3 3 . With 19 family members, different Wnt ligands can selectively activate β-catenin dependent (canonical) or independent (non-canonical) signaling 4,5 . Here, we report that Dishevelled-associated activator of morphogenesis 1 (Daam1) and its paralogue Daam2 asymmetrically regulate canonical and non-canonical Wnt (Wnt/PCP) signaling, and their function is required for Paneth cell progenitor differentiation. We found that Daam1/2 interacts with the Wnt antagonist Rnf43, and Daam1/2 double knockout stimulates canonical Wnt signaling by preventing Rnf43-dependent endo-lysosomal degradation of the ubiquitinated Wnt receptor, Frizzled (Fzd). Moreover, single-cell RNA sequencing analysis revealed that Paneth cell differentiation is impaired by Daam1/2 depletion, as a result of defective Wnt/PCP signaling. Taken together, we identified Daam1/2 as an unexpected hub molecule coordinating both canonical and non-canonical Wnt signaling, the regulation of which is fundamental for specifying an adequate number of Paneth cells while maintaining intestinal stem cell homeostasis.

Abstract Image-based lineage tracing enables tissue turnover kinetics and lineage potentials of different adult cell populations to be investigated. Previously, we reported a genetic mouse model system, Red2Onco , which ectopically expressed mutated oncogenes together with red fluorescent proteins (RFP). This system enabled the expansion kinetics and neighboring effects of oncogenic clones to be dissected. We now report Red2Flpe-SCON: a new mosaic knockout system that uses multicolor reporters to label both mutant and wild-type cells. We have developed the Red2Flpe mouse line for red clone-specific Flpe expression, as well as the FRT-based SCON ( S hort C onditional Intr ON ) method to facilitate tunable conditional mosaic knockouts in mice. We used the Red2Flpe-SCON method to study Sox2 mutant clonal analysis in the esophageal epithelium of adult mice which revealed that the stem cell gene, Sox2, is not essential for adult stem cell maintenance itself, but rather for stem cell proliferation and differentiation.