Abstract The identification of unknown target of a multi-kinase inhibitor sorafenib is important to better understand the mechanism of action of this drug in anti-cancer and anti-fibrotic treatments. Here, we report the combination of PROTAC technique with quantitative proteomic analysis to identify the unknown cellular targets of sorafenib. Sorafenib-based PROTAC can strongly degrade a non-kinase target PDEδ in different types of cells. We also confirmed the direct binding interaction of PDEδ with sorafenib by CETSA and SPR assays. Together, our research suggests that PDEδ is a new potential target of sorafenib, and PROTAC technology may be a promising approach for cellular target identification of bioactive compounds of interest.

Abstract With the rapid development of sequencing technology, the costs of individual genotyping have been reduced dramatically, leading to genomic prediction and genome-wide association studies being widely promoted and used to predict the unknown phenotypes and to locate causal or candidate genes for animal and plant economic traits and, increasingly, for human diseases. Developing newly advanced statistical models to improve accuracy in predicting and locating for the traits with various genetic architectures has always been a hot topic in those two research domains. The Bayesian regression model (BRM) has played a crucial role in the past decade, and it has been used widely in relevant genetic analyses owing to its flexible model assumptions on the unknown genetic architecture of complex traits. To fully utilize the available data from either a self-designed experimental population or a public database, statistical geneticists have constantly extended the fitting capacity of BRM, and a series of new methodologies have been proposed for different application scenarios. Here we introduce hibayes , which is the only one tool that can implement three types of Bayesian regression models. With the richest methods achieved thus far, it covers almost all the functions involved in genetic analyses for genomic prediction and genome-wide association studies, potentially addressing a wide range of research problems, while retaining an easy-to-use and transparent interface. We believe that hibayes will facilitate the researches conducted by human geneticists, as well as plant and animal breeders. The hibayes package is freely available from CRAN at https://cran.r-project.org/package=hibayes .

Abstract Rapid diagnosis based on naked-eye colorimetric detection remains challenging, but it could build new capacities for molecular point-of-care testing (POCT). In this study, we evaluated the performance of 16 types of single-stranded DNA-fluorophore-quencher (ssDNA-FQ) reporters for use with CRISPR/Cas12a based visual colorimetric assays. Among them, 9 ssDNA-FQ reporters were found to be suitable for direct visual colorimetric detection, with especially very strong performance using ROX-labeled reporters. We optimized the reaction concentrations of these ssDNA-FQ reporters for naked-eye read-out of assay results (no transducing component required for visualization). Subsequently, we developed a convolutional neural network algorithm standardize and to automate the analytical colorimetric assessment of images and integrated this into the MagicEye mobile phone software. A field-deployable assay platform named RApid VIsual CRISPR (RAVI-CRISPR) based on a ROX-labeled reporter with isothermal amplification and CRISPR/Cas12a targeting was established. We deployed RAVI-CRISPR in a single tube towards an instrument-less colorimetric POCT format that requires only a portable rechargeable hand warmer for incubation. The RAVI-CRISPR was successfully used for the single-copy detection of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and African swine fever virus (ASFV). Our study demonstrates this novel RAVI-CRISPR system for distinguishing different pathogenic nucleic acid targets with high specificity and sensitivity as the simplest-to-date platform for rapid pen-side testing.

Studying tissue composition and function in non-human primates (NHP) is crucial to understand the nature of our own species. Here, we present a large-scale single-cell and single-nucleus transcriptomic atlas encompassing over one million cells from 43 tissues from the adult NHP Macaca fascicularis . This dataset provides a vast, carefully annotated, resource to study a species phylogenetically close to humans. As proof of principle, we have reconstructed the cell-cell interaction networks driving Wnt signalling across the body, mapped the distribution of receptors and co-receptors for viruses causing human infectious diseases and intersected our data with human genetic disease orthologous coordinates to identify both expected and unexpected associations. Our Macaca fascicularis cell atlas constitutes an essential reference for future single-cell studies in human and NHP.

Big data, accumulated from biomedical and agronomic studies, provides the potential to identify genes controlling complex human diseases and agriculturally important traits through genome-wide association studies (GWAS). However, big data also leads to extreme computational challenges, especially when sophisticated statistical models are employed to simultaneously reduce false positives and false negatives. The newly developed Fixed and random model Circulating Probability Unification (FarmCPU) method uses a bin method under the assumption that Quantitative Trait Nucleotides (QTNs) are evenly distributed throughout the genome. The estimated QTNs are used to separate a mixed linear model into a computationally efficient fixed effect model (FEM) and a computationally expensive random effect model (REM), which are then used iteratively. To completely eliminate the computationally expensive REM, we replaced REM with FEM by using Bayesian information criteria. To eliminate the requirement that QTNs be evenly distributed throughout the genome, we replaced the bin method with linkage disequilibrium information. The new method is called Bayesian-information and Linkage-disequilibrium Iteratively Nested Keyway (BLINK). Both real and simulated data analyses demonstrated that BLINK improves statistical power compared to FarmCPU, in addition to a remarkable improvement in computing time. Now, a dataset with half million markers and one million individuals can be analyzed within five hours, compared with one week using FarmCPU.

Abstract Along with the development of high-throughout sequencing technologies, both sample size and number of SNPs are increasing rapidly in Genome-Wide Association Studies (GWAS) and the associated computation is more challenging than ever. Here we present a Memory-efficient, Visualization-enhanced, and Parallel-accelerated R package called “rMVP” to address the need for improved GWAS computation. rMVP can: (1) effectively process large GWAS data; (2) rapidly evaluate population structure; (3) efficiently estimate variance components by EMMAX, FaST-LMM, and HE regression algorithms; (4) implement parallel-accelerated association tests of markers using GLM, MLM, and FarmCPU methods; (5) compute fast with a globally efficient design in the GWAS processes; and (6) generate various visualizations of GWAS related information. Accelerated by block matrix multiplication strategy and multiple threads, the association test methods embedded in rMVP are approximately 5-20 times faster than PLINK, GEMMA, and FarmCPU_pkg. rMVP is freely available at https://github.com/xiaolei-lab/rMVP .

Hematopoietic stem cell (HSC) transplantation using umbilical cord blood (UCB) is a potentially life-saving treatment for leukemia and bone marrow failure but is limited by the low number of HSCs in UCB. The loss of HSCs after ex vivo manipulation is also a major obstacle to gene editing for inherited blood disorders. HSCs require a low rate of translation to maintain their capacity for self-renewal, but hematopoietic cytokines used to expand HSCs stimulate protein synthesis and impair long-term self-renewal. We previously described cytokine-free conditions that maintain but do not expand human and mouse HSCs ex vivo. Here we performed a high throughput screen and identified translation inhibitors that allow ex vivo expansion of human HSCs while minimizing cytokine exposure. Transplantation assays show a ~5-fold expansion of long-term HSCs from UCB after one week of culture in low cytokine conditions. Single cell transcriptomic analysis demonstrates maintenance of HSCs expressing mediators of the unfolded protein stress response, further supporting the importance of regulated proteostasis in HSC maintenance and expansion. This expansion method maintains and expands human HSCs after CRISPR/Cas9 editing of the BCL11A+58 enhancer, overcoming a major obstacle to ex vivo gene correction for human hemoglobinopathies.

Background: The life cycle of Taenia solium is characterized by different stages of development, requiring various kinds of hosts that can appropriately harbor the eggs (proglottids), the oncospheres, the larvae and the adults. Similar to other metazoan pathogens, T. solium undergoes transcriptional and developmental regulation via epigenetics during its complex lifecycle and host interactions. Result: In the present study, we integrated whole-genome bisulfite sequencing and RNA-seq technologies to characterize the genome-wide DNA methylation and its effect on transcription of Cysticercus cellulosae of T. solium. We confirm that the T. solium genome in the cysticercus stage is epigenetically modified by DNA methylation in a pattern similar to that of other invertebrate genomes, i.e., sparsely or moderately methylated. We also observed an enrichment of non-CpG methylation in defined genetic elements of the T. solium genome. Furthermore, an integrative analysis of both the transcriptome and the DNA methylome indicated a strong correlation between these two datasets, suggesting that gene expression are tightly regulated by DNA methylation. Importantly, our data suggested that DNA methylation might play an important role in repressing key parasitism-related genes, including genes encoding excretion-secretion proteins, thereby raising the possibility of targeting DNA methylation processes as a useful strategy in therapeutics of cysticercosis. Conclusion: Our study will provide a foundation for future studies to explore this key epigenetic modification in development of Cysticercus cellulosae and in human cysticercus disease.

Poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) inhibitors represent a promising new class of agents that have demonstrated efficacy in treating various cancers, particularly those that carry BRCA1/2 mutations. The cancer associated BRCA1/2 mutations disrupt DNA double strand break (DSB) repair by homologous recombination (HR). PARP inhibitors (PARPis) have been applied to trigger synthetic lethality in BRCA1/2-mutated cancer cells by promoting the accumulation of toxic DSBs. Unfortunately, resistance to PARPis is common and can occur through multiple mechanisms, including the restoration of HR and/or the stabilization of replication forks. To gain a better understanding of the mechanisms underlying PARPi resistance, we conducted an unbiased CRISPR-pooled genome-wide library screen to identify new genes whose deficiency confers resistance to the PARPi olaparib. Our study revealed that ZNF251, a zinc finger protein, is a novel gene whose haploinsufficiency confers PARPi resistance in multiple breast and ovarian cancer lines harboring BRCA1 mutations. Mechanistically, we discovered that ZNF251 haploinsufficiency leads to constitutive stimulation of RAD51-mediated HR and DNA-PKcs -mediated non-homologous end joining (NHEJ) repair of DSBs as well as DNA-PKcs-mediated fork protection in BRCA1-mutated cancer cells. Moreover, we demonstrated that RAD51 and DNA-PKcs inhibitors reversed PARPi resistance of ZNF251 haploinsufficient cancer cells harboring BRCA1 mutations. Our findings provide important insights into the mechanisms underlying PARPi resistance and highlight the unexpected role of RAD51 and DNA-PKcs in this phenomenon.

Abstract The cell type-specific molecular pathology of post-stroke cognitive impairment (PSCI) in the hippocampus has not been thoroughly elucidated. We analyzed 27,069 cells by using single-cell RNA sequencing, and four oligodendrocyte precursor cell (OPC) subtypes were identified, Vcan + OPCs, which were determined to be the primary cluster among them. Additionally, we examined the features of endothelial cells (ECs) and found that Lcn2 + ECs might play neuroprotective roles via Vwf after stroke. These results may facilitate further studies attempting to identify new avenues of research and novel targets for PSCI treatment.