Ageing is characterized by a progressive loss of physiological integrity, leading to impaired function and increased vulnerability to death1. Despite rapid advances over recent years, many of the molecular and cellular processes that underlie the progressive loss of healthy physiology are poorly understood2. To gain a better insight into these processes, here we generate a single-cell transcriptomic atlas across the lifespan of Mus musculus that includes data from 23 tissues and organs. We found cell-specific changes occurring across multiple cell types and organs, as well as age-related changes in the cellular composition of different organs. Using single-cell transcriptomic data, we assessed cell-type-specific manifestations of different hallmarks of ageing-such as senescence3, genomic instability4 and changes in the immune system2. This transcriptomic atlas-which we denote Tabula Muris Senis, or 'Mouse Ageing Cell Atlas'-provides molecular information about how the most important hallmarks of ageing are reflected in a broad range of tissues and cell types.

Abstract Heart organoids have the potential to generate primary heart-like anatomical structures and hold great promise as in vitro models for cardiac disease. However, their properties have not yet been carefully studied, which hinders a wider spread application. Here we report the development of differentiation systems for ventricular and atrial heart organoids, enabling the study of heart disease with chamber defects. We show that our systems generate organoids comprising of major cardiac cell types, and we used single cell RNA sequencing together with sample multiplexing to characterize the cells we generate. To that end, we also developed a machine learning label transfer approach lever-aging cell type, chamber, and laterality annotations available for primary human fetal heart cells. We then used this model to analyze organoid cells from an isogeneic line carrying an Ebstein’s anomaly associated genetic variant, and we successfully recapitulated the disease’s atrialized ventricular defects. In summary, we have established a workflow integrating heart organoids and computational analysis to model heart development in normal and disease states.

Abstract Background As one of the major cell types in the heart, fibroblasts play critical roles in multiple biological processes. Cardiac fibroblasts are known to develop from multiple sources, but their transcriptional profiles have not been systematically compared. Furthermore, while the function of a few genes in cardiac fibroblasts has been studied, the overall function of fibroblasts as a cell type remains uninvestigated. Methods Single-cell mRNA sequencing (scRNA-seq) and bioinformatics approaches were used to analyze the genome-wide genes expression and extracellular matrix genes expression in fibroblasts, as well as the ligand-receptor interactions between fibroblasts and cardiomyocytes. Single molecular in situ hybridization was employed to analyze the expression pattern of fibroblast subpopulation-specific genes. The Diphtheria toxin fragment A (DTA) system was utilized to ablate fibroblasts at each developmental phase. Results Using RNA staining of Col1a1 at different stages, we grouped cardiac fibroblasts into four developmental phases. Through the analysis of scRNA-seq profiles of fibroblasts at 18 stages from two mouse strains, we identified significant heterogeneity, preserving lineage gene expression in their precursor cells. Within the main fibroblast population, we found differential expressions of Wt1, Tbx18, and Aldh1a2 genes in various cell clusters. Lineage tracing studies showed Wt1- and Tbx18-positive fibroblasts originated from respective epicardial cells. Furthermore, using a conditional DTA system-based elimination, we identified the crucial role of fibroblasts in early embryonic and heart growth, but not in neonatal heart growth. Additionally, we identified the zone- and stage-associated expression of extracellular matrix genes and fibroblast-cardiomyocyte ligand-receptor interactions. This comprehensive understanding sheds light on fibroblast function in heart development. Conclusion We observed cardiac fibroblast heterogeneity at embryonic and neonatal stages, with preserved lineage gene expression. Ablation studies revealed their distinct roles during development, likely influenced by varying extracellular matrix genes and ligand-receptor interactions at different stages.

Abstract The regenerative capacity of the mammalian heart is poor with one potential reason being that adult cardiomyocytes cannot proliferate at sufficient levels to replace lost tissue. During development and early neonatal stages, cardiomyocytes can successfully divide under injury conditions; however, as these cells mature their ability to proliferate rapidly decreases. Therefore, understanding which regulatory programs are required to induce post-mitotic, mature cardiomyocytes into a proliferative state is essential in order to enhance cardiac regeneration. Unlike mammals, adult zebrafish cardiomyocytes in the injury border zone do proliferate. This model provides an opportunity to elucidate how these border zone cells respond to different stimuli post-injury and to study which regulatory programs are required for adult cardiomyocyte proliferation. Here we report the forkhead transcription factor, foxm1 , is required for cardiomyocyte proliferation after cardiac injury through transcriptional regulation of cell cycle genes. Transcriptomic analysis of injured adult zebrafish hearts revealed that foxm1 expression is increased after injury in border zone cardiomyocytes. foxm1 mutants showed decreased cardiomyocyte proliferation after ventricular resection, resulting in larger fibrotic scars. Moreover, decreased expression of cell cycle progression genes suggests that Foxm1 is required for different cell cycle checkpoints during cardiomyocyte division. Subsequent analyses of Foxm1 targets revealed the microtubule and kinetochore binding protein, cenpf , is required for cardiac regeneration as cenpf mutants failed to regenerate due to increased cardiomyocyte binucleation. Thus, foxm1 and cenpf are required for cardiomyocytes to complete mitosis during zebrafish cardiac regeneration.

The fibroblast (FB), cardiomyocyte (CM), and vascular endothelial cell (Vas_EC) are the three major cell types in the heart, yet their relationships during development are largely unexplored. To address this gap, we employed RNA staining of the FB marker gene