Embryonic stem cells (ESCs) form descendants of all three germ layers when differentiated as aggregates, termed embryoid bodies. In vivo, differentiation of cells depends on signals and morphogen gradients that provide instructive and positional cues, but do such gradients exist in embryoid bodies? We report here the establishment of anteroposterior polarity and the formation of a primitive streak-like region in the embryoid body, dependent on local activation of the Wnt pathway. In this region, cells undergo an epithelial-to-mesenchymal transition and differentiate into mesendodermal progenitors. Exogenous Wnt3a protein posteriorizes the embryoid body, resulting in predominantly mesendodermal differentiation. Conversely, inhibiting Wnt signaling promotes anterior character and results in neurectodermal differentiation. The activation of Wnt signaling and primitive streak formation requires external signals but is self-reinforcing after initiation. Our findings show that the Wnt pathway mediates the local execution of a gastrulation-like process in the embryoid body, which displays an unexpected degree of self-organization.

Ageing is the single greatest cause of disease and death worldwide, and understanding the associated processes could vastly improve quality of life. Although major categories of ageing damage have been identified—such as altered intercellular communication, loss of proteostasis and eroded mitochondrial function1—these deleterious processes interact with extraordinary complexity within and between organs, and a comprehensive, whole-organism analysis of ageing dynamics has been lacking. Here we performed bulk RNA sequencing of 17 organs and plasma proteomics at 10 ages across the lifespan of Mus musculus, and integrated these findings with data from the accompanying Tabula Muris Senis2—or ‘Mouse Ageing Cell Atlas’—which follows on from the original Tabula Muris3. We reveal linear and nonlinear shifts in gene expression during ageing, with the associated genes clustered in consistent trajectory groups with coherent biological functions—including extracellular matrix regulation, unfolded protein binding, mitochondrial function, and inflammatory and immune response. Notably, these gene sets show similar expression across tissues, differing only in the amplitude and the age of onset of expression. Widespread activation of immune cells is especially pronounced, and is first detectable in white adipose depots during middle age. Single-cell RNA sequencing confirms the accumulation of T cells and B cells in adipose tissue—including plasma cells that express immunoglobulin J—which also accrue concurrently across diverse organs. Finally, we show how gene expression shifts in distinct tissues are highly correlated with corresponding protein levels in plasma, thus potentially contributing to the ageing of the systemic circulation. Together, these data demonstrate a similar yet asynchronous inter- and intra-organ progression of ageing, providing a foundation from which to track systemic sources of declining health at old age. Bulk RNA sequencing of organs and plasma proteomics at different ages across the mouse lifespan is integrated with data from the Tabula Muris Senis, a transcriptomic atlas of ageing mouse tissues, to describe organ-specific changes in gene expression during ageing.

Abstract Cancers evolve not only through the acquisition and clonal transmission of somatic mutations but also by epigenetic mechanisms that modify cell phenotype. Here, we use histology-guided and spatial transcriptomics to characterize hepatoblastoma, a childhood liver cancer that exhibits significant histologic and proliferative heterogeneity despite clonal activating mutations in the Wnt/β-catenin pathway. Highly proliferative regions with embryonal histology show high expression of Wnt target genes, the embryonic biliary transcription factor SOX4 , and striking focal expression of the growth factor FGF19 . In patient-derived tumoroids with constitutive Wnt activation, FGF19 is a required growth signal for FGF19-negative cells. Indeed, some tumoroids contain subsets of cells that endogenously express FGF19 , downstream of Wnt/β-catenin and SOX4. Thus, the embryonic biliary lineage program cooperates with stabilized nuclear β-catenin, inducing FGF19 as a paracrine growth signal that promotes tumor cell proliferation, together with active Wnt signaling. In this pediatric cancer presumed to originate from a multipotent hepatobiliary progenitor, lineage-driven heterogeneity results in a functional growth advantage, a non-genetic mechanism whereby developmental lineage programs influence tumor evolution.