Loss of rad51 in zebrafish (Danio rerio): a novel Fanconi anaemia model

RAD51 is an indispensable homologous recombination protein, necessary for strand invasion and crossing over. It has recently been designated as a Fanconi anaemia (FA) gene, following the discovery of two patients carrying dominant negative mutations. FA is a hereditary DNA repair disorder characterised by various congenital abnormalities, progressive bone marrow failure and cancer predisposition. The cellular and molecular pathology of FA is poorly understood, resulting in a severe lack of effective treatment options. In this thesis, I describe the first viable vertebrate model of RAD51 loss. Phenotypic characterisation of zebrafish rad51 loss-of-function mutants showed that they develop key features of FA, including hypocellular kidney marrow, sensitivity to crosslinking agents and decreased size. Taking advantage of the unique properties of the zebrafish model, I show that some of these symptoms stem from both decreased proliferation, as well as increased apoptosis of embryonic haematopoietic stem and progenitor cells. Co-mutation of p$L was able to rescue the haematopoietic defects seen in the single mutants, but led to tumour development, underscoring the role of rad51 as a tumour suppressor. I further demonstrate that prolonged inflammatory stress can exacerbate the haematological impairment, leading to an additional decrease in kidney marrow cell numbers. In contrast, prolonged aldehyde-derived stress did not induce symptoms in the mutant fish. These findings strengthen the assignment of RAD51 as a Fanconi gene and provide more evidence for the notion that aberrant p53 signalling during embryogenesis leads to the haematological defects seen later in life in FA. It also strengthens the evidence for the involvement of haematopoietic stress, such as inflammation, in the development of bone marrow failure. Further research on this novel zebrafish FA model will lead to a deeper understanding of the molecular basis of bone marrow failure in FA and the cellular role of RAD51.This research was supported by a European Hematology Association PhD Studentshi

Single-cell RNA-sequencing uncovers transcriptional states and fate decisions in haematopoiesis.

The success of marker-based approaches for dissecting haematopoiesis in mouse and human is reliant on the presence of well-defined cell surface markers specific for diverse progenitor populations. An inherent problem with this approach is that the presence of specific cell surface markers does not directly reflect the transcriptional state of a cell. Here, we used a marker-free approach to computationally reconstruct the blood lineage tree in zebrafish and order cells along their differentiation trajectory, based on their global transcriptional differences. Within the population of transcriptionally similar stem and progenitor cells, our analysis reveals considerable cell-to-cell differences in their probability to transition to another committed state. Once fate decision is executed, the suppression of transcription of ribosomal genes and upregulation of lineage-specific factors coordinately controls lineage differentiation. Evolutionary analysis further demonstrates that this haematopoietic programme is highly conserved between zebrafish and higher vertebrates.The study was supported by Cancer Research UK grant number C45041/A14953 (to A.C. and E.A.), European Research Council project 677501 – ZF_Blood (to A.C.) and a core support grant from the Wellcome Trust and MRC to the Wellcome Trust – Medical Research Council Cambridge Stem Cell Institute. The authors would like to thank WTSI Cytometry Core Facility for their help with index cell sorting and the Core Sanger Web Team for hosting the cloud web application. The authors would also like to thank the CRUK Cambridge Institute Genomics Core Facility for their contribution in sequencing the data

Overexpression of the oncostatin-M receptor in cervical squamous cell carcinoma is associated with epithelial-mesenchymal transition and poor overall survival.

BACKGROUND: Copy-number gain of the oncostatin-M receptor (OSMR) occurs frequently in cervical squamous cell carcinoma (SCC) and is associated with adverse clinical outcome. We previously showed that OSMR overexpression renders cervical SCC cells more sensitive to the major ligand oncostatin-M (OSM), which increases migration and invasion in vitro. We hypothesised that a major contribution to this phenotype would come from epithelial-mesenchymal transition (EMT). METHODS: We performed a comprehensive integrated study, involving in vitro cell line studies, in vivo animal models and numerous clinical samples from a variety of anatomical sites. RESULTS: In independent sets of cervical, head/neck and lung SCC tissues, OSMR expression levels correlated with multiple EMT-associated phenotypic markers and transcription factors. OSM treatment of OSMR overexpressing cervical SCC cells produced consistent EMT changes and increased tumour sphere formation in suspension culture. In a mouse model, OSMR overexpressing SCC cells treated with OSM showed significant increases in lung colonisation. The biological effects of exogenous OSM were mirrored by highly significant adverse overall survival in cervical SCCs with OSMR overexpression (N=251). CONCLUSIONS: OSM:OSMR interactions are able to induce EMT, increased cancer stem cell-like properties and enhanced lung colonisation in SCC cells. These changes are likely to contribute to the highly significant adverse outcome associated with OSMR overexpression in cervical SCCs.This work was supported by Cancer Research UK (Programme Grant A13080).This is the author accepted manuscript. It is currently under an indefinite embargo pending publication by Nature Publishing Group

Loss of the homologous recombination gene<i>rad51</i>leads to Fanconi anemia-like symptoms in zebrafish

AbstractRAD51is an indispensable homologous recombination protein, necessary for strand invasion and crossing over. It has recently been designated as a Fanconi anemia (FA) gene, following the discovery of two patients carrying dominant negative mutations. FA is a hereditary DNA repair disorder characterized by various congenital abnormalities, progressive bone marrow failure and cancer predisposition. In this paper, we describe the first viable vertebrate model ofRAD51loss. Zebrafishrad51loss-of-function mutants developed key features of FA, including hypocellular kidney marrow, sensitivity to crosslinking agents and decreased size. We show that some of these symptoms stem from both decreased proliferation and increased apoptosis of embryonic hematopoietic stem and progenitor cells. Co-mutation ofp53was able to rescue the hematopoietic defects seen in the single mutants, but led to tumor development. We further demonstrate that prolonged inflammatory stress can exacerbate the hematological impairment, leading to an additional decrease in kidney marrow cell numbers. These findings strengthen the assignment ofRAD51as a Fanconi gene and provide more evidence for the notion that aberrant p53 signaling during embryogenesis leads to the hematological defects seen later in life in FA. Further research on this novel zebrafish FA model will lead to a deeper understanding of the molecular basis of bone marrow failure in FA and the cellular role of RAD51.Significance statementThe homologous recombination protein RAD51 has been extensively studied in prokaryotes and lower eukaryotes. However, there is a significant lack of knowledge of the role of this protein and its regulation in anin-vivocontext in vertebrates. Here we report the first viable vertebrate mutant model ofrad51in zebrafish. These mutant fish enabled us to confirm for the first time the recently discovered role ofRAD51in Fanconi anemia pathogenesis. We report that p53 linked embryonic stem cell defects directly lead to hematological impairments later in life. Co-mutation ofrad51withp53rescues the observed hematological defects, but predisposes the fish to early tumor development. The application of this model opens new possibilities to advance Fanconi anemia drug discovery.</jats:sec

Loss of the homologous recombination gene <i>rad51</i> leads to Fanconi anemia-like symptoms in zebrafish

Significance The homologous recombination protein RAD51 has been extensively studied in prokaryotes and lower eukaryotes. However, there is a significant lack of knowledge of the role of this protein and its regulation in an in vivo context in vertebrates. Here we report the first viable vertebrate mutant model of rad51 in zebrafish. These mutant fish enabled us to confirm the recently discovered role of RAD51 in Fanconi anemia pathogenesis. We report that p53-linked embryonic stem cell defects directly lead to hematological impairments later in life. Comutation of rad51 with p53 rescues the observed hematological defects, but predisposes the fish to early tumor development. The application of this model opens new possibilities to advance Fanconi anemia drug discovery. </jats:p

Transformative und agile Innovationssysteme: Neue Praktiken und innovationspolitische Herausforderungen

International audienceDie Muster, nach denen Innovationen verlaufen, haben sich in den letzten Jahren deutlich gewandelt. Dies zeigt sich an offeneren Innovationsstrategien von Unternehmen, steigenden Anforderungen an Geschwindigkeit und Agilität von Innovationsprozessen, der Ausweitung globaler Kooperationen und insbesondere der wachsenden Bedeutung digitaler Technologien mit neuen spezifischen Anforderungen. Gleichzeitig haben sich die gesellschaftlichen und ökologischen Herausforderungen für die Problemlösungsfähigkeit durch Innovationen massiv erhöht. Die Konsequenz ist, dass das etablierte Innovationssystem unter Wandlungsdruck gerät. Vor allem muss auch Innovationspolitik ihre strategischen Ziele ausweiten und gesellschaftlich gewünschte Wirkungen von Innovation verfolgen. Allerdings sind die mittel- und langfristigen Herausforderungen dieser Entwicklung für das gesamte Innovationssystem und eben auch für Innovationspolitik bislang nur zu erahnen. Diese Fragen werden im vorliegenden Buch kritisch in einer interdisziplinären Perspektive diskutiert. Dabei steht die Frage im Vordergrund, wie die Transformation des Innovationssystems vorangetrieben und seine Agilität gesteigert werden können

Einleitung: Das Innovationssystem im Wandel

International audiencePage de couverture- Die Muster, nach denen Innovationen verlaufen, haben sich in den letzten Jahren deutlich gewandelt. Dies zeigt sich an offeneren Innovationsstrategien von Unternehmen, steigenden Anforderungen an Geschwindigkeit und Agilität von Innovationsprozessen, der Ausweitung globaler Kooperationen und insbesondere der wachsenden Bedeutung digitaler Technologien mit neuen spezifischen Anforderungen. Gleichzeitig haben sich die gesellschaftlichen und ökologischen Herausforderungen für die Problemlösungsfähigkeit durch Innovationen massiv erhöht. Die Konsequenz ist, dass das etablierte Innovationssystem unter Wandlungsdruck gerät. Vor allem muss auch Innovationspolitik ihre strategischen Ziele ausweiten und gesellschaftlich gewünschte Wirkungen von Innovation verfolgen. Allerdings sind die mittel- und langfristigen Herausforderungen dieser Entwicklung für das gesamte Innovationssystem und eben auch für Innovationspolitik bislang nur zu erahnen. Diese Fragen werden im vorliegenden Buch kritisch in einer interdisziplinären Perspektive diskutiert. Dabei steht die Frage im Vordergrund, wie die Transformation des Innovationssystems vorangetrieben und seine Agilität gesteigert werden können

Die neue Governance von Innovationssystemen

International audiencePage de couverture- Die Muster, nach denen Innovationen verlaufen, haben sich in den letzten Jahren deutlich gewandelt. Dies zeigt sich an offeneren Innovationsstrategien von Unternehmen, steigenden Anforderungen an Geschwindigkeit und Agilität von Innovationsprozessen, der Ausweitung globaler Kooperationen und insbesondere der wachsenden Bedeutung digitaler Technologien mit neuen spezifischen Anforderungen. Gleichzeitig haben sich die gesellschaftlichen und ökologischen Herausforderungen für die Problemlösungsfähigkeit durch Innovationen massiv erhöht. Die Konsequenz ist, dass das etablierte Innovationssystem unter Wandlungsdruck gerät. Vor allem muss auch Innovationspolitik ihre strategischen Ziele ausweiten und gesellschaftlich gewünschte Wirkungen von Innovation verfolgen. Allerdings sind die mittel- und langfristigen Herausforderungen dieser Entwicklung für das gesamte Innovationssystem und eben auch für Innovationspolitik bislang nur zu erahnen. Diese Fragen werden im vorliegenden Buch kritisch in einer interdisziplinären Perspektive diskutiert. Dabei steht die Frage im Vordergrund, wie die Transformation des Innovationssystems vorangetrieben und seine Agilität gesteigert werden können

Transformation des Innovationssystems: Neue Anforderungen an die Innovationspolitik

[Einleitung] Die Bedingungen und Verlaufsformen von Innovationen haben sich in den letzten Jahren deutlich gewandelt. Stichworte sind hier veränderte Innovationsstrategien von Unterneh-men, "offene" Innovationsmodelle, steigende Anforderungen an Geschwindigkeit und Agilität von Innovationsprozessen, globale Kooperation und insbesondere der zentrale Fokus auf digitale Technologien. Gleichzeitig haben sich die gesellschaftlichen Anforde-rungen an den Problemlösungsbeitrag des Innovationssystems − Stichwort Sustainable Development Goals − massiv erhöht. Eine politische Reaktion auf diese vielfältigen Ver-änderungen kann der Wandel der Innovationspolitik hin zu einer "Missionsorientierung" gelten. Innovationspolitik weitet ihren Wirkungsbereich zunehmend aus, von einer Politik für Innovationen zu einer Politik, die auf Innovationen ausgerichtet ist und die gesellschaft-lich gewünschten Wirkungen dieser Innovation zum Ausgangspunkt nimmt. Damit werden deutlich mehr Politikfelder, institutionelle Regelungen und Akteure Teil des Innovations-systems (IS) als zuvor. Schließlich wirkt aktuell die COVID-19-Pandemie als externe Schock und Trendverstärker. Die mittel- und langfristigen Auswirkungen der sich insge-samt deutlich erhöhenden gesellschaftlichen und politischen Anforderungen an unser In-novationssystem sind bislang nur zu erahnen. Die generelle Folge dieser Entwicklungen ist, dass das eingespielte nationale IS und dessen etablierte innovationspolitische Strate-gien durch das Zusammenwirken von sozio-technischen Dynamiken und gesellschaftli-chen Anforderungen zunehmend unter Transformationsdruck geraten sind. Dieser Druck wird sich absehbar weiter beschleunigen. Das nachfolgende Papier greift diese Entwicklungstrends auf (Kap. 2). Nach einem Zwi-schenresümee (Kap. 3) werden daraus die möglichen Konsequenzen für die Innovati-onspolitik abgeleitet (Kap. 4). Wir diskutieren die Frage, wie die Innovationspolitik zu-künftig auf die anstehenden Steuerungsherausforderungen angemessen reagieren kann. Abschließend (Kap. 5) werden mit einer verstärkt konzeptionellen Perspektive Konsequenzen dieser Entwicklung ausgeführt. Neben der Diskussion neuer innovations-politischer Ausrichtung zielen wir als Grundlage dafür auf die Entwicklung eines neuen konzeptionellen Verständnisses von IS ab. Unsere Analyse zeigt gravierende soziale, ökonomische und technologische Span-nungsfelder, die ineinander verwoben sind und deren Bewältigung ein durchgreifendes und systemisches Handeln erfordern. Um diese tiefgreifenden Herausforderungen poli-tisch anzugehen und insbesondere Forschungs- und Innovationspolitik neu auszurich-ten, müssen die säkularen Veränderungen des Innovationssystems systematisch be-leuchtet und konzeptionell neu unterfüttert werden. Dazu will unser Papier beitragen. Es ist das Ergebnis eines gut einjährigen Diskussionsprozesses über innovationspolitische Herausforderungen und Debatten, in die die Autoren/in kontinuierlich involviert sind. Den Fokus haben wir dabei bewusst auf das deutsche Innovationssystem gelegt, ohne dabei den Blick auf die internationalen Entwicklungen insbesondere in den europäischen Mit-gliedsstaaten zu verlieren