Abstract In this study, we leveraged a combination of single cell RNAseq, cytometry by time of flight (CyTOF), and flow cytometry to study the biology of a unique macrophage population in pulmonary fibrosis. Using the profiling data from 312,928 cells derived from 32 idiopathic pulmonary fibrosis (IPF), 29 healthy control and 18 chronic obstructive pulmonary disease (COPD) lungs, we identified an expanded population of macrophages in IPF that have a unique transcriptional profile associated with pro-fibrotic signature. These macrophages attain a hybrid transitional state between alveolar and interstitial macrophages, are enriched with biological processes of pro-fibrotic immune cells, and express novel surface markers and genes that have not been previously reported. We then applied single cell CyTOF to simultaneously measure 37 markers to precisely phenotype the uniquely expanded macrophage subset in IPF lungs. The SPADE algorithm independently identified an expanded macrophage cluster, and validated CD84 and CD36 as novel surface markers that highly label this cluster. Using a separate validation cohort, we confirmed an increase in CD84 ++ CD36 ++ macrophage population in IPF compared to control and COPD lungs by flow cytometry. Further, using the signature from the IPF-specific macrophages and the LINCS drug database, we predicted small molecules that could reverse the signature of IPF-specific macrophages, and validated two molecules, CRT and Cucur, using THP-1 derived human macrophages and precision-cut lung slices (PCLS) from IPF patients. Utilizing a multi-dimensional translational approach, our work identified a novel and targetable population of macrophages found in end-stage pulmonary fibrosis. One Sentence Summary Single cell RNAseq, CyTOF, and flow cytometry reveal the presence of an aberrant macrophage population in pulmonary fibrosis

ABSTRACT Respiratory syncytial virus (RSV) is a leading cause of pediatric acute respiratory infection worldwide. There are currently no approved vaccines or antivirals to combat RSV disease. A few transformed cell lines and two historic strains have been extensively used to study RSV. Here we report a thorough molecular and cell biological characterization of HEp-2 and A549 cells infected with four strains of RSV representing both major subgroups as well as historic and more contemporaneous genotypes -- [RSV/A/Tracy (GA1), RSV/A/Ontario (ON), RSV/B/18537 (GB1), RSV/B/Buenos Aires (BA)] -- via measurements of viral replication kinetics and viral gene expression, immunofluorescence-based imaging of gross cellular morphology and cell-associated RSV, and measurements of host response including transcriptional changes and levels of secreted cytokines and growth factors. Our findings strongly suggest 1) the existence of a conserved difference in gene expression between RSV subgroups A and B; 2) the A549 cell line is a more stringent and natural host of replicating RSV than the HEp-2 cell line; and 3) consistent with previous studies, determining the full effects of viral genetic variation in RSV pathogenesis requires model systems as tractable as transformed cell lines but better representative of the human host. IMPORTANCE Infection with respiratory syncytial virus (RSV) early in life is essentially guaranteed and can lead to severe disease. In vitro data from two historic RSV/A strains and two cell lines, HEp-2 and A549, constitute most of our knowledge; but RSV contains ample variation from two evolving subgroups (A and B) showing recent convergent evolution. Here we measure viral action and host response in HEp-2 and A549 cells infected with four RSV strains from both subgroups and representing both historic and more contemporaneous strains. We discover a subgroup-dependent difference in viral gene expression and find A549 cells are more potently antiviral and more sensitive, albeit subtly, to viral variation. Our findings reveal important differences between RSV subgroups and two widely used cell lines and provide baseline data for experiments with model systems better representative of natural RSV infection.

Environmental air irritants including nanosized carbon black (nCB) can drive systemic inflammation, promoting chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and emphysema development. The let-7 family of miRNAs is associated with IL-17-driven T cell inflammation, a canonical signature of lung inflammation. Recent evidence suggests the let-7 family is downregulated in patients with COPD, however, how they cause emphysema remains unclear. Here we show that overall expression of the let-7 miRNA clusters, let-7b/let-7c2 and let-7a1/let-7f1/let-7d, are reduced in the lungs and T cells of smokers with emphysema as well as in mice with cigarette smoke (CS)- or nCB-elicited emphysema. We demonstrate that loss of the let-7b/let-7c2- cluster in T cells predisposed mice to exaggerated CS- or nCB-elicited emphysema. Furthermore, ablation of the let-7b/let-7c2-cluster enhanced CD8+IL17a+ T cells (Tc17) formation in emphysema development in mice. Additionally, transgenic mice overexpressing let-7 in T cells were resistant to Tc17 and CD4+ T cells (Th17) development when exposed to nCB. Mechanistically, our findings reveal the master regulator of Tc17/Th17 differentiation, RAR-related orphan receptor gamma t (RORγt), as a direct target of let-7 miRNA in T cells. Overall, our findings support of the let-7/RORγt as a driver and braking regulatory circuit in the generation of Tc17 cells, suggesting novel therapeutic approaches for tempering the augmented IL-17-mediated response in emphysema.

Human intestinal enteroids (HIE) models have contributed significantly to our understanding of diarrheal diseases and other intestinal infections, but their routine culture conditions fail to mimic the mechanical environment of the native intestinal wall. Because the mechanical characteristics of the intestine significantly alter how pathogens interact with the intestinal epithelium, we used different concentrations of polyethylene glycol (PEG) to generate soft (~2 kPa), medium (~10 kPa), and stiff (~100 kPa) hydrogel biomaterial scaffolds. The height of HIEs cultured in monolayers atop these hydrogels was 18 μm whereas HIEs grown on rigid tissue culture surfaces (with stiffness in the GPa range) were 10 μm. Substrate stiffness also influenced the amount of enteroaggregative E. coli (EAEC strain 042) adhered to the HIEs. We quantified a striking difference in adherence pattern; on the medium and soft gels, the bacteria formed clusters of >100 and even >1000 on both duodenal and jejunal HIEs (such as would be found in biofilms), but did not on glass slides and stiff hydrogels. All hydrogel cultured HIEs showed significant enrichment for gene and signaling pathways related to epithelial differentiation, cell junctions and adhesions, extracellular matrix, mucins, and cell signaling compared to the HIEs cultured on rigid tissue culture surfaces. Collectively, these results indicate that the HIE monolayers cultured on the hydrogels are primed for a robust engagement with their mechanical environment, and that the soft hydrogels promote the formation of larger EAEC aggregates, likely through an indirect differential effect on mucus.

Abstract The constitutively active androgen receptor (AR) splice variant, AR-V7, plays an important role in resistance to androgen deprivation therapy in castration resistant prostate cancer (CRPC). Studies seeking to determine whether AR-V7 is a partial mimic of the AR, or also has unique activities, and whether the AR-V7 cistrome contains unique binding sites have yielded conflicting results. One limitation in many studies has been the low level of AR variant compared to AR. Here, LNCaP and VCaP cell lines in which AR-V7 expression can be induced to match the level of AR, were used to compare the activities of AR and AR-V7. The two AR isoforms shared many targets, but overall had distinct transcriptomes. Optimal induction of novel targets sometimes required more receptor isoform than classical targets such as PSA. The isoforms displayed remarkably different cistromes with numerous differential binding sites. Some of the unique AR-V7 sites were located proximal to the transcription start sites (TSS). A de novo binding motif similar to a half ARE was identified in many AR-V7 preferential sites and, in contrast to conventional half ARE sites that bind AR-V7, FOXA1 was not enriched at these sites. This supports the concept that the AR isoforms have unique actions with the potential to serve as biomarkers or novel therapeutic targets.