Shaping the animal body plan is a complex process that involves the spatial organization and patterning of the different germ layers. Recent advances in live imaging have started to unravel the cellular choreography underlying this process in mammals, however, the sequence of events transforming an unpatterned cell ensemble into structured territories is largely unknown. Here, using gastruloids −3D aggregates of mouse embryonic stem cells-we study the formation of one of the three germ layers, the endoderm. We show that the endoderm is generated from an epiblast-like homogeneous state by a three-step mechanism: (i) a loss of E-cadherin mediated contacts in parts of the aggregate leading to the appearance of islands of E-cadherin expressing cells surrounded by cells devoid of E-cadherin, (ii) a separation of these two populations with islands of E-cadherin expressing cells flowing toward the aggregate tip, and (iii) their differentiation into an endoderm population. During the flow, the islands of E-cadherin expressing cells are surrounded by cells expressing T-Brachyury, reminiscent of the process occurring at the primitive streak. Consistent with recent in vivo observations, the endoderm formation in the gastruloids does not require an epithelial-to-mesenchymal transition, but rather a maintenance of an epithelial state for a subset of cells coupled with fragmentation of E-cadherin contacts in the vicinity, and a sorting process. Our data emphasize the role of signaling and tissue flows in the establishment of the body plan.

中文翻译：

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细胞状态转变和集体细胞运动在原肠胚中产生内胚层样区域

塑造动物的身体计划是一个复杂的过程，涉及不同胚层的空间组织和模式。实时成像的最新进展已经开始解开哺乳动物这一过程背后的细胞编排，然而，将无模式细胞集合转化为结构化区域的事件序列在很大程度上是未知的。在这里，使用小鼠胚胎干细胞的原肠胚 -3D 聚集体 - 我们研究了三个胚层之一的内胚层的形成。我们表明内胚层是通过三步机制从外胚层样均质状态产生的：（i）在部分聚集体中失去 E-钙粘蛋白介导的接触，导致出现被包围的 E-钙粘蛋白表达细胞岛通过缺乏 E-cadherin 的细胞，(ii) 将这两个种群与流向聚集尖端的 E-钙粘蛋白表达细胞岛分开，以及 (iii) 它们分化为内胚层种群。在流动过程中，表达 E-钙粘蛋白的细胞岛被表达 T-Brachyury 的细胞包围，让人想起原始条纹中发生的过程。与最近的体内观察一致，原肠胚的内胚层形成不需要上皮到间充质的转变，而是需要维持一部分细胞的上皮状态以及附近 E-钙粘蛋白接触的碎片化，和一个排序过程。我们的数据强调了信号和组织流在建立身体计划中的作用。(iii) 它们分化为内胚层群体。在流动过程中，表达 E-钙粘蛋白的细胞岛被表达 T-Brachyury 的细胞包围，让人想起原始条纹中发生的过程。与最近的体内观察一致，原肠胚的内胚层形成不需要上皮到间充质的转变，而是需要维持一部分细胞的上皮状态以及附近 E-钙粘蛋白接触的碎片化，和一个排序过程。我们的数据强调了信号和组织流在建立身体计划中的作用。(iii) 它们分化为内胚层群体。在流动过程中，表达 E-钙粘蛋白的细胞岛被表达 T-Brachyury 的细胞包围，让人想起原始条纹中发生的过程。与最近的体内观察一致，原肠胚的内胚层形成不需要上皮到间充质的转变，而是需要维持一部分细胞的上皮状态以及附近 E-钙粘蛋白接触的碎片化，和一个排序过程。我们的数据强调了信号和组织流在建立身体计划中的作用。与最近的体内观察一致，原肠胚的内胚层形成不需要上皮到间充质的转变，而是需要维持一部分细胞的上皮状态以及附近 E-钙粘蛋白接触的碎片化，和一个排序过程。我们的数据强调了信号和组织流在建立身体计划中的作用。与最近的体内观察一致，原肠胚的内胚层形成不需要上皮到间充质的转变，而是需要维持一部分细胞的上皮状态以及附近 E-钙粘蛋白接触的碎片化，和一个排序过程。我们的数据强调了信号和组织流在建立身体计划中的作用。