Background: The mammalian hair represents an unparalleled model system to understand both developmental processes and stem cell biology. The hair follicle consists of several concentric epithelial sheaths with the outer root sheath (ORS) forming the outermost layer. Functionally, the ORS has been implicated in the migration of hair stem cells from the stem cell niche toward the hair bulb. However, factors required for the differentiation of this critical cell lineage remain to be identified. Here, we describe an unexpected role of the HMG-box-containing gene Sox9 in hair development.Results: Sox9 expression can be first detected in the epithelial component of the hair placode but then becomes restricted to the outer root sheath (ORS) and the hair stem cell compartment (bulge). Using tissue-specific inactivation of Sox9, we demonstrate that this gene serves a crucial role in hair differentiation and that skin deleted for Sox9 lacks external hair. Strikingly, the ORS acquires epidermal characteristics with ectopic expression of GATA3. Moreover, Sox9 knock hair show severe proliferative defects and the stem cell niche never forms. Finally, we show that Sox9 expression depends on sonic hedgehog (Shh) signaling and demonstrate overexpression in skin tumors in mouse and man.Conclusions: We conclude that although Sox9 is dispensable for hair induction, it directs differentiation of the ORS and is required for the formation of the hair stem cell compartment. Our genetic analysis places Sox9 in a molecular cascade downstream of sonic hedgehog and suggests that this gene is involved in basal cell carcinoma.

During kidney development, WNT/β-catenin signalling has to be tightly controlled to ensure proliferation and differentiation of renal stem cells. Here we show that the two signalling molecules RSPO1 and RSPO3 act in a functionally redundant manner to permit WNT/β-catenin signallingand their genetic deletion leads to a rapid decline of renal progenitors. By contrast, tissue specific deletion in cap mesenchymal cells abolishes mesenchyme to epithelial transition (MET) that is linked to a loss of Bmp7 expression, absence of SMAD1/5 phosphorylation and a concomitant failure to activate Lef1, Fgf8 and Wnt4, thus explaining the observed phenotype on a molecular level. Surprisingly, the full knockout of LGR4/5/6, the cognate receptors of R-spondins, only mildly affects progenitor numbers, but does not interfere with MET. Taken together our data demonstrate key roles for R-spondins in permitting stem cell maintenance and differentiation and reveal Lgr -dependent and independent functions for these ligands during kidney formation.